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太陽能

太陽能(英語:Solar energy),是指來自太陽輻射出的光和熱被不斷發展的一系列技術所利用的一種能量,如,太陽熱能集熱器,太陽能光電發電,太陽熱能發電,和人工光合作用。

太陽能英語Solar energy),是指來自太陽輻射出的被不斷發展的一系列技術所利用的一種能量,如,太陽熱能集熱器太陽能光電發電太陽熱能發電,和人工光合作用

地球形成生物就主要以太陽提供的生存,而自古人類也懂得以陽光曬乾物件,並作為保存食物的方法,如製和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下,才有意把太陽能進一步發展。


每年太陽能通量與人類能源消費

 

太陽能

3,850,000 EJ

風能

2,250 EJ

生物質能潛力

100–300 EJ

主要能源消費(2010年)

539 EJ

電力(2010年)

66.5 EJ

 

太陽能技術分為有源(主動式)及無源(被動式)兩種。有源的例子有太陽能光電光熱轉換,使用電力或機械設備作太陽能收集,而這些設備是依靠外部能源運作的,因此稱為有源。無源的例子有在建築物引入太陽光作照明等,當中是利用建築物的設計、選擇所使用物料等達至利用太陽能的目的,由於當中的運作無需由外部提供能源,因此稱為無源。

太陽能發電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源,如風能化學能,水的勢能化石燃料可以稱為遠古的太陽能。太陽能資源豐富,太陽能電池為主要使用太陽能發電的方式,其製程過程會使用的不同化學物質(例如:清洗用的氟化氫),如果沒有適當處理會對環境造成嚴重的污染。太陽能發電塔為聚光太陽能熱發電其中一種技術,其反射的光線可能會造成飛航安全。太陽能為人類創造了一種新的生活形態,使社會以及人類進入一個額外再生能源可使用的時代

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樓頂安裝了太陽能電池板

來自太陽的能量

地球在上層大氣傳入的太陽輻射(日照)接收了174 petawatts(PW)。大約有30%的太陽能被反射回太空,而其餘的太陽能則被雲層、海洋和陸地吸收。在地球表面的太陽能光譜大多分布在一小部分近紫外線,全部可見光,和近紅外線的光譜範圍。

地球的大氣,海洋和陸地吸收的太陽能每年大約是3,850,000 EJ。在2002年,一小時內的太陽能比全世界在一年內使用的能量還要更多。光合作用獲得的生物質能每年約3000 EJ。技術上的生物質能潛力有100–300 EJ/每年。太陽的能量到達這個地球表面的數量是如此巨大,以至於在一年中的太陽能是自從人類取得和開採的所有在地球上不可再生資源的煤、石油、天然氣、和鈾都相結合的總能源的兩倍。

在世界各地,主要根據緯度的不同來利用太陽能。

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華盛頓特區被動式節能屋

太陽能技術的應用

太陽能是指主要用於實際目的利用太陽光輻射。然而,除了地熱能潮汐能以外,所有其他的可再生能源都是來源自太陽的能量。

太陽能技術被廣泛定性為被動的或主動的方式來捕獲,轉換和分配太陽光。主動式太陽能技術,利用太陽能光電板,泵,風機將陽光轉換為有用的輸出。被動式太陽能技術,包括選擇材料具有良好的熱性能,設計,自然空氣流通的空間,並按照太陽來安排的建築物的位置。主動式太陽能技術,增加能源供應,被認為是供應端的技術;而被動式太陽能技術,減少替代資源的需要,通常被認為是需求端的技術。[11]

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荷蘭的韋斯特蘭市的溫室


利用太陽能的方法主要有:

  • 使用太陽能電池,通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能
  • 利用便宜的鏡子將陽光反射至昂貴高效能太陽能電池(但需要注意散熱),可以減低發電成本
  • 使用太陽能熱水器,利用太陽光的熱量把水加熱
  • 利用太陽光的熱量加熱水,並利用熱水發電
  • 利用太陽的熱能來進行吸附式製冷
  • 透過機械及硬體設備來收集及傳送太陽能的熱量,以供應暖氣設備。可分為主動式太陽能加熱系統及被動式太陽能加熱系統[12]


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太陽能水消毒位於印度尼西亞


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小規模的太陽能污水處理廠


直到近期,太陽能還只能小規模使用,利用太陽能發電還存在成本高、轉換效率低的問題。但是太陽電池在為人造衛星提供能源方面得到了很好的應用,而且在一些情況下,太陽能發電已經有經濟競爭力;現在太陽能的成本已經在許多市場達到電網平價。

目前,全球最大的屋頂太陽能面板系統位於德國南部比爾施塔特Bürstadt),面積為四萬平方公尺,每年的發電量為0.5千瓦時

日本為了達成京都議定書二氧化碳減量要求,全日本都普設太陽能光電板,位於日本中部的長野縣飯田市,居民在屋頂設置太陽能光電板的比率甚至達2%,堪稱日本第一。


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太空設立太陽能太空站的想像圖

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