2025年高考物理人類(lèi)利用太陽(yáng)能的三大途徑

　　[趣味物理]人類(lèi)利用太陽(yáng)能的三大途徑

　　太陽(yáng)表面溫度高達(dá)6000℃，內(nèi)部不斷進(jìn)行核聚變反應(yīng)，并且以輻射方式向宇宙空間發(fā)射出巨大的能量。據(jù)估計(jì)，每三天太陽(yáng)向地球輻射的能量，就相當(dāng)于地球所有礦物燃料能量的總和。人類(lèi)利用太陽(yáng)能有三個(gè)途徑：光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化轉(zhuǎn)換。

　　光熱轉(zhuǎn)換

　　光熱轉(zhuǎn)換即靠各種集熱器把太陽(yáng)能收集起來(lái)，用收集到的熱能為人類(lèi)服務(wù)。

　　早期最廣泛的太陽(yáng)能應(yīng)用是將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能熱水裝置。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要包括收集器、儲(chǔ)存裝置及循環(huán)管路三部分。

　　利用太陽(yáng)能作冬天采暖之用，在許多寒冷地區(qū)已使用多年。因寒帶地區(qū)冬季氣溫甚低，

　　室內(nèi)必須有暖氣設(shè)備，若要節(jié)省化石能源的消耗，可設(shè)法利用太陽(yáng)能。大多數(shù)太陽(yáng)能暖房使用熱水系統(tǒng)，也有使用熱空氣系統(tǒng)的例子。太陽(yáng)能暖房系統(tǒng)由太陽(yáng)能收集器、熱存儲(chǔ)裝置、輔助能源系統(tǒng)及室內(nèi)暖房風(fēng)扇系統(tǒng)組成。太陽(yáng)輻射熱經(jīng)過(guò)收集器內(nèi)的工作流體儲(chǔ)存，然后向房間供熱。

　　目前，美國(guó)已興建100多萬(wàn)個(gè)主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)和超過(guò)25萬(wàn)個(gè)依靠冷熱空氣自然流動(dòng)的被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅。

　　光電轉(zhuǎn)換

　　光電轉(zhuǎn)換即將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。目前，太陽(yáng)能用于發(fā)電的途徑有二：一是熱發(fā)電，就是先用聚熱器把太陽(yáng)能變成熱能，再通過(guò)汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；二是光發(fā)電，就是利用太陽(yáng)能電池的光電效應(yīng)，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽▓D1所示是一種利用太陽(yáng)能電池提供動(dòng)力的太陽(yáng)能飛機(jī)）。

　　太陽(yáng)能電池的主要原理是：通過(guò)使用半導(dǎo)體材料，將較薄的N型半導(dǎo)體置于較厚的P型半導(dǎo)體上，當(dāng)光子撞擊該裝置的表面時(shí)，P型和N型半導(dǎo)體的接合面有電子擴(kuò)散產(chǎn)生電流，可利用上下兩端的金屬導(dǎo)體將電流引出利用。目前，太陽(yáng)能電池的成本還較高，要達(dá)到足夠的功率，需要相當(dāng)大的面積放置電池。

　　1953年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一個(gè)硅太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換效率為0.5％，1994年太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已提高到17％。

　　光化轉(zhuǎn)換

　　光化轉(zhuǎn)換即先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，再轉(zhuǎn)換為電能等其他能量。我們知道，植物靠葉綠素把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)自身的生長(zhǎng)與繁衍，若能揭示光化轉(zhuǎn)換的奧秘，便可實(shí)現(xiàn)人造葉綠素發(fā)電。目前，太陽(yáng)能光化轉(zhuǎn)換正在積極探索、研究中。

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