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20世纪太阳能科技发展的回顾与展望

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作者: 李锦堂(北京市太阳能研究所,北京100033)
【摘要】 据记载,人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用,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。回顾和总结本世纪太阳能科技发展的历程,对21世纪太阳能事业的发展十分有意义,本文对此作了尝试。
1  历史回顾
    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。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀作功而抽水的机器。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。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光,发动机功率

不大,工质主要是水蒸汽,价格昂贵,实用价值不大,大部分为太阳能爱好者个人研究制造。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,下面分别予以介绍。
1.1第一阶段1900-1920
    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,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,实用目的比较明确,造价仍然很高。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,每个长62.5m,宽4m,总采光面积达1250m2。



1.2第二阶段(1920-1945)
    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(1935-1945)有关,而太阳能又不能解决当时对能源的急需,因此

使太阳能研究工作逐渐受到冷落。
1.3第三阶段(1945-1965)
    在第二次世界大战结束后的20年中,一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少,

呼吁人们重视这一问题,从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展,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: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;1954年,美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池,为光伏发电大规模应用奠定了基础。

此外,在这一阶段里还有其它一些重要成果,比较突出的有:

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,制冷能力为5冷吨。

1961年,一台带有石英窗的斯特林发动机问世。

在这一阶段里,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。

1.4第四阶段门(1965-1973)

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,因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。

1.5第五阶段(1973-1980)

自从石油在世界能源结构中担当主角之后,石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退

的关键因素,1973年10月爆发中东战争,石油输出国组织采取石油减产、提价等办法,支持中东人民的斗

争,维护本国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家,在经济上遭到沉重打击。

于是,西方一些人惊呼:世界发生了“能源危机”(有的称“石油危机”)。这次“危机”在客观上使人们

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。  

1973年,美国制定了政府级阳光发电计划,太阳能研究经费大幅度增长,并且成立太阳能开发银行,促进太

阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”,其中太阳能的研究开发项目有:太阳房

、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电他生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划,日

本政府投入了大量人力、物力和财力。



70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮,对我国也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员,纷纷投身

太阳能事业,积极向政府有关部门提建议,出书办刊,介绍国际上太阳能利用动态;在农村推广应用太阳灶

,在城市研制开发太阳热水器,空间用的太阳电池开始在地面应用……。  1975年,在河南安阳召开“全国

第一次太阳能利用工作经验交流大会”,进一步推动了我国太阳能事业的发展。这次会议之后,太阳能研究

和推广工作纳入了我国政府计划,获得了专项经费和物资支持。一些大学和科研院所,纷纷设立太阳能课题

组和研究室,有的地方开始筹建太阳能研究所。当时,我国也兴起了开发利用太阳能的热潮。



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,具有以下特点:

(1)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。

(2)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CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、

光解水制氢、太阳能热发电等。

(3)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,希望在

较短的时间内取代矿物能源,实现大规模利用太阳能。例如,美国曾转贴于论文联盟 http://www.lwlm.com
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