第三节 太阳能
太阳光能使照射的物体发热，这种能量来自太阳辐射，简称太阳能。
太阳是一个炽热的球体，表面温度6000K，内部温度高达16000000K，不断地以电磁波形式、以光的速度向宇宙辐射巨大能量。太阳每分钟放出的热量约5.2×1024千卡，而地球上仅从太阳获得二十亿分之一能量，相当于一年中有1，577×1018度电力。这个量约为1980年全世界消耗能量的几成倍。
太阳能往往可分为太阳辐射能和由它转换而成的能，即所谓广义的太阳能。
广义的太阳能包括现在和过去来自太阳的所有形式的能量，包括风能、波浪能、海洋热量能、水能、生物能以及煤炭、石油、天然气这些间接的太阳能。煤炭多少亿年以来沉积在地下，是过去植物的叶绿素通过光合作用在有机体中固定下来的太阳能。
气象界所说的太阳能是指太阳辐射能。太阳辐射是太阳能工程应进行研究的一个必要组成部分。太阳总辐射、日照时数和日照百分率的时空分布，是推求各地可利用辐射能量的主要依据，所以有人称之为“太阳能软件工程”。
一、太阳能的利用
我国是世界上最早利用太阳能的国家，早在三千多年前的西周时代（公元前11世纪），记载有“阳燧取火”的技术，所谓阳燧就是一种金属凹面镜，用来聚光点燃艾绒等易燃物，在世界科学技术发展史上占有重要地位。这比希腊著名的科学家阿基米德在公元前三世纪利用反射镜聚集阳光烧毁一支罗马舰队还早800年。直到1615年，世界上出现了第一台由法国所罗门·德·考克斯（Solomonde Caux）发明的太阳能驱动的发动机以后，太阳能利用的发展才进入了一个新的历史时期。特别在1973年以后，研究太阳能利用的深度和广度进一步地发展。1954年在美国亚利桑那州菲尼克斯成立了国际“应用太阳能协会”（AASE），当时只有13个国家和地区参加，到1979年在美国佐治亚州举行的国际太阳能协会成立廿五周年大会，已增到70多个国家。
目前，世界各国太阳能利用的项目很多，内容十分丰富，大致可归纳为几种主要的形式。
（1）生物转换利用太阳能。太阳能通过光合作用被吸收和贮存在生物质内。生物能的利用是将树木、农作物秸杆、植物以及各种类型的有机物经过化学和生物处理，提取液体或固体燃料。如将糖类作物、谷物和植物纤维作原料生产燃料酒精，渗到汽油中合成酒精汽油。巴西已从甘蔗中提炼酒精和汽油合成了汽车用油。
发展薪炭林。烧炭是一种古老的生物能利用方式。我国尚有宜林荒林荒山12亿亩，要有计划的培育，不仅可作燃料以及作为酒精沼气原料，而且还能保护环境、防止水土流失。
将高等有机废物进行分解，在厌氧微生物作用下，可产生沼气。沼气在我国发展很快，沼气池已达658万座，沼气动力站1093个。
目前，还在研究利用藻类和某些微生物的光合作用，在阳光下分解制氢提供燃料。而这些藻类的来源，靠在海滩、湖泊、荒地等种植速生植物，有人称之为《能源作物》。
（2）光热转换利用太阳能。利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的热能转化为机械能或电能，这是目前比较普遍的。我国到1983年为止，建成的太阳能热水器总采光面积达20万平方米。太阳能烘干机可以烘干粮食、烟叶、干果、农副产品及木材等。主动和被动的太阳房是利用太阳能采暖，是空调的一种简单、经济、有实效的项目。我国已建造45栋试验楼房。我国海南、西沙群岛等地已装置了玻璃顶栅式太阳能蒸馏器，用于海水淡化。北京、天津、武汉、浙江等地制成了太阳能小型制冰机。
太阳能温室和塑料大棚也是利用太阳热能的一种方式。光热转换需要聚光装置的（例如太阳灶），在我国已有几万台。
利用太阳热力发电，虽然现在成本较贵，但仍是将来利用的方向。1976年法国建成了世界上第一座并入电网的太阳能电站，发电64千瓦。目前世界上已建成160多座太阳炉。美国1980年11月在莫哈维沙漠开工兴建《太阳1号》工程，是世界上最大的太阳能发电站，发电量为1.0兆瓦。我国上海机械学院建成一套设计功率1000瓦的太阳能热发电装置，天津大学也安装了塔式太阳能试验电站，设计功率1000瓦。
（3）光电转换利用太阳能。太阳辐射能通过半导体材料叫直接产生直流电，目前太阳能电池的种类主要有硅、硫化诵、砷化镓等电池。硅电池技术较成熟，主要用于航天、无人灯塔、无线电中继站、无人气象站、浮标和电围栏等作为电源。我国第一颗人造卫星的电源，就是采用单硅太阳电池阵列，但其成本很高。为了降低成本，正在进行硫化镉、砷化镓等新型太阳能电池的试验研究。
（4）光化学转换利用太阳能，通过光解或电解作用的热化学方法制造氢气。意大利和瑞士发明了一种有效地利和太阳能分解水中氢气的方法。从生态角度上看，氢气一直被认为是理想的燃料，因为氢不产生有害废弃物，它燃烧后的唯一副产品是水，所以氢是一种清洁的燃料。太阳能光化制氧对未来能源发展具有战略意义。
廖少葆作了太阳能的各种形式的相互转换关系。
太阳能在我国应用有了一定规模，内容十分丰富，在节约燃料和改善群众生活等方面都有成效。
太阳灶多数为抛物面偏轴聚光式的，适用于蒸、焖、煮和炒等各种烹调方式。
利用太阳能烘干粮食和农副产品，是人类在长期生产实践中摸索出来的经验。现在进一步采用太阳能粮食烘干机，如河北邢台，山东烟台的圆柱抛物面聚焦式粮食烘干机。河南长葛县建成了太阳能烤烟房，山西、陕西有红枣和中药材太阳能烘房。
太阳能热水器和塑料大棚及太阳能温室在我国也有很大发展。
太阳能采暖与空调在第三章第一节中已有讲述。
目前太阳能热电站有两种系统，中央接受式的塔式电站和分布式电站。世界上已建成的电站有，意大利的135千瓦和1000千瓦。法国的1000千瓦和2000千瓦。西班牙的1000千瓦，美国的5000千瓦等。正在兴建的有美国的10000千瓦希腊的20兆瓦。
太阳能抽水灌溉，是利用太阳能水泵（蒸汽或电力）作为动力。法国、前西德已有成品，我国也有一些单位开始研制。
利用太阳能、风能、沼气小水电和地热能等各种能源互补也是一个有发展前途的技术。我国和前西德合作在北京大兴县建立了一个100户的新能源村作为试验。
二、我国的太阳能资源
中华人民共和国气候图集中的全年总辐射量分布图，可以看出如下几个特点：
（1）太阳能丰富的地区。在内蒙中部和西部、宁夏、甘肃西部、青海、南疆和青藏高原大部，年总辐量在159千卡/厘米2以上。这一地区年降水量在300毫米以下，地理景观为草原、沙漠或雪原，气候干燥，大气透明度好，加之青藏高原空气稀薄，所以年总辐射量最大。
（2）太阳能较丰富区。年辐射总量约130～150千卡/厘米2，分布在两个地区：一是从内蒙东部向南经华北及西北的东部，至青藏高原的东部；一是北疆。这些地区比前述地区湿润，大气中水汽较多，太阳辐射总量要少一些。
（3）太阳能可利用区。分布在两个地区：一是长江下游、两广、贵州南部和云南；另一个是松辽平原。这区域太阳年辐射总量为110～130千卡/厘米2。
（4）太阳能低值区。其年辐射总量在110千卡/厘米2以下，最少仅80千卡/厘米2这一区以四川为中心，向四周扩展，东至湘西、鄂西，南到贵州北部，北抵陕南。以全年日照时数而论，四川的马边仅有975.0小时，平均每天只有2小时40分钟的日照，和我国日照最多的冷湖（3602.9小时）相比，仅为1/3.7。若与我国最北端的漠河相比，也要少1425.7小时。形成这一低值区的原因，主要是这里年平均总云量在8成以上，影响直接辐射射入。
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