现有能源
随着经济的发展、社会的进步,人们对能源提出越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有3种,即火电、水电和核电。
火电的缺点
火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少,正面临着枯竭的危险。据估计,全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧将排出二氧化碳和硫的氧化物,因此会导致温室效应和酸雨,恶化地球环境。
水电的缺点
水电要淹没大量土地,有可能导致生态环境破坏,而且大型水库一旦塌崩,后果将不堪设想。另外,一个国家的水力资源也是有限的,而且还要受季节的影响。
核电的缺点
核电在正常情况下固然是干净的,但万一发生核泄漏,后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故,已使900万人受到了不同程度的损害,而且这一影响并未终止。
新能源的条件
新能源要同时符合两个条件:一是蕴藏丰富不会枯竭;二是安全、干净,不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种,一是太阳能,二是燃料电池。另外,风力发电也可算是辅助性的新能源。其中,最理想的新能源是太阳能。
理想能源
照射在地球上的太阳能非常巨大,大约40分钟照射在地球上的太阳能,足以供全球人类一年能量的消费。可以说,太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净,不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。
从太阳能获得电力,需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同,具有以下特点:①无枯竭危险;②绝对干净(无公害);③不受资源分布地域的限制;④可在用电处就近发电;⑤能源质量高;⑥使用者从感情上容易接受;⑦获取能源花费的时间短。不足之处是:①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面积;②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来,瑕不掩瑜,作为新能源,太阳能具有极大优点,因此受到世界各国的重视。
要使太阳能发电真正达到实用水平,一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本,二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。
目前,太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高,已达20%以上,但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低,但价格最便宜,今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%,每瓦发电设备价格降到1-2美元时,便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。
当然,特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多,如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池,光电变换效率可达36%,快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵,目前只能限于在卫星上使用。
