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1、社会价值一引言新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。随着世界经济的快速发展，对能源需求逐年增长，而地球上以石油和煤为主的矿物资源日渐枯竭，能源已成为制约各国经济发展的瓶颈。同时，随着化石燃料的燃烧，所产生的二氧化碳在大气中的浓度急剧增加，生态环境逐渐恶化，使地球逐渐变暖。随着人类社会的发展，改善生态环境的呼声越来越高，开发利用无污染的新能源，对促进社会文明与进步，发展经济，改善人民生活具有重大的意义。太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，在日常生活中受到了各国政府的重视，各国都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。二太阳能发展历史据记载，人类利用太阳能已

2、有3000多年的历史。而将太阳能作为一种能源和动力加以利用却只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”、“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门德考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。这是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在1615年1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。（一）20世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。1.19001920年 在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，

3、但采用的聚光方式多样化且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW。建造的典型装置有：1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置，采用截头圆锥聚光器，功率：7.36kW；1902 1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，总采光面积达1250m2。2.19201945年 在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战有关。3.19451965年 在第二次世界大战结束后的20年中，太

4、阳能研究工作逐渐恢复、开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。在这一阶段，太阳能研究工作取得一些重大进展。比较突出的有：1945年，研制的成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1955年，以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件。此外，还有其它一些重要成果，如1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨水吸收式空调系统。1961年一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这

5、一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。4.19651973年 这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，得不到公众、企业和政府的重视和支持。 5.19731980年 石油危机的爆发，使人们认识到现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家重新加强了

6、对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。这一时期，太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期。各国加强了太阳能研究工作的计划性，不少国家制定了近期和远期阳光计划。开发利用太阳能成为政府行为，支持力度大大加强。国际间的合作十分活跃，一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作。研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果如真空集热管、非晶硅太阳电池、光解水制氢等。但各国制定的太阳能发展计划，普遍存在要求过高、过急问题，对实施过程中的困难估计不足。6.19801992年 进入80年代后开始落潮，逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费

7、，其中美国最为突出。导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现。受80年代国际上太阳能低落的影响，我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱。这一阶段，虽然太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目还进展较大，而且促使人们认真地去审视以往的计划和制定的目标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。7.1992年至今 由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了

8、里约热内卢环境与发展宣言、21世纪议程等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。世界环保大会之后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能等清洁能源”，制定了中国21世纪议程，进一步明确了太阳能重点发展项目。1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期，太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合；太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力；在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技

9、成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高；国际太阳能领域的合作空前活跃。（二）小结通过以上回顾可知，在本世纪100年间太阳能发展道路并不平坦。太阳能利用的发展历程与煤、石油等完全不同，人们对其认识差别大，反复多，发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应、政治、战争等因素影响，发展道路曲折。但从总体来看20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都快。三、太阳能利用背景从工业革命开始，人类进入了工业社会以来，机器大生产使得能源逐渐成为了人类社会存在与发展的物质基础。在过去

10、200 多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展，人类的物质生活和精神生活不断得到丰富。随着人类社会生产力水平的不断提高，能源的消费量也在不断增长。20 世纪以来世界经济发展的几个阶段中，能源消费增长状况如表1 所示。表 1 能源消费增长状况年份能源消费总量（1011kg 标煤）人均占有量（kg 标煤/人年）19007.25493192515.65796195026.641080197585.702140从表 1 所列的数字中可以看出，在19001950 的50 年中能源消费量增长了两倍多，而19501975 的25 年间增长了两倍，可以预计随着社会

11、的不断发展进步，能源消费量的增长会越来越快。但大规模使用化石燃料的严重后果也逐渐突现出来：环境不断恶化，诱发国际间的政治经济纠纷，资源的日益枯竭。从长远来看，化石燃料在人类的时间尺度上属于不可再生资源，用一点少一点，而目前预测全球已探明的石油储量能用到2020 年，天然气总储量也只能够维持到比石油晚一二十年开采完毕，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。为使得化石燃料等不可再生资源得到更充分、持久的利用，寻找能够替代传统能源的新能源成为进入21 世纪的人类的首要任务。新能源应该具有清洁、高效、广阔的发展前景等特点，太阳能、风能、生物能、海洋能、低热能等新形式的能源正是凭借这些特点逐渐进入人

12、们的视野，而其中太阳能又以自身优势在新能源开发中独树一帜。四太阳能特点 第一，总量巨大。到达地球大气外层的太阳辐照总强度约为174000tw，其中约30被大气层反射回外太空，其余到达地表的能量被大气、陆地、海水、植被等吸收，约为每年3.81024j，这相当于全世界2009年全部能源消耗（4.71020j）的8000倍，也就是说地球表面一小时接收的太阳能足够人类一年使用。如果排除海洋、森林、冰川等地区，仅计算适于利用太阳能的陆地面积，大约有600tw的太阳能资源可用，即每年1.91022j，总量上满足世界能源需求全无问题。而其他形式的可再生能源及核能的丰度远不及太阳能，均无法单独依靠自身满足能源

13、需求缺口。第二，容易获取和利用。从空间上来讲，太阳能容易获取，在地表无处不在，无勘探和开采成本，而且不需也无法运输。但是太阳能在时间上具有不连续性，只能在白天利用，夜间几乎为零，如需不间断利用太阳能，则必须有储能机制以备夜晚使用。所以太阳能是随处可见，但定时可用的能源。第三，清洁无排放。获取和利用太阳能的过程本身不会产生任何污染物的排放，也不会留下残余物。第四，取之不尽，用之不竭。太阳能来自于太阳内氢元素聚变为氦元素的热核反应。太阳的质量约为21030kg（是地球质量的33万倍），其中约34为氢元素，根据目前太阳热核反应速率，每秒有6.571011kg的氢聚合生成6.531011kg的氦，那么

14、氢的储量足够维持超过200亿年，而地球的寿命估计为50亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是取之不尽，用之不竭的。第五，能量密度低。虽然太阳能总量丰富，但辐射强度低，到达地球大气层上沿的太阳辐射强度约为1400wm2，经过大气层后，地表平均的峰值日照强度仅为1000wm2。因此利用太阳能发电相对占地比较大，目前即使采用效率较高的晶体硅太阳能组件，仅建设装机容量1万千瓦（直流）的太阳能电站平均占地达250300亩（1亩=666.67m2，下同）。而一座200万千瓦的火电站占地约4200亩，平均每万千瓦占地2l亩。一座1200万千瓦装机容量的核电站占地约12000亩，平均每万千瓦占地10亩。第六，地域的差异性与时间上的不稳定性。不同地区的太阳能资源因经纬度、地形、气象等条件的不同而有很大的差异，一般来说低纬度地区光照多于高纬度地区，干旱地区多于阴雨地区，海拔高的地区多于海拔低的地区。到达地表的太阳能受季节、大气质量和天气影响非常大，因此具有不稳定性。但在比较长的时间尺度上（如一年），太阳能资源仍具有统计上的稳定性和可预测性。五、国内外太阳能利用现状（一）、国外现状 常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年，国际光伏发电迅猛发展。1973年，美国制定了政府级阳光