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太陽能源

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副標題 :

作者 : 胡湘玲

分類 : 太陽能.

關鍵字 : 建築節能.

太陽能(英文:Solar Energy)一般是指太陽光的輻射能量,在現代一般用作發電。
自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存,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,如製鹽和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下,才有意把太陽能進一步發展。
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及光熱轉換,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,且無需運輸,對環境污染低。太陽能為人類創造了一種新的生活形態,使社會及人類進入一個節約能源減少污染的時代。
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佈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 exajoules(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。
太陽能技術的應用
顯示的土地面積(黑色小點)的平均日射量與太陽能發電(18 TW是每年568 Exajoule,EJ)取代世界初級能源供應量需要。 日射量對於大多數人來說是從150到300 W/m2或3.5至7.0 kWh/m2/天.
太陽能是指主要用於實際目的利用太陽光輻射。然而,除了地熱能和潮汐能以外,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。
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
" 透過機械及硬件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[10]
" 利用太陽能的熱量來驅動斯特林發動機
" 利用太陽能加熱鹽類,再用鹽類儲存的熱量發電(在夜間仍會繼續發電)
" 將吸收太陽能熱量的系統整合於太陽能電池上,降低成本。
" 集中太陽能於定點製造龍捲風,利用龍捲風來做高效能的風力發電
" 利用太陽能作為熱源進行海水淡化
" 能源作物也是一種太陽能
" 太空太陽能轉換電能儲存,輸送到地面電能接收站,訊號接收站
" 根據環境與環境太陽日照的長短強弱,可移動式和固定式太陽能利用網
" 太陽能運輸(汽車、船、飛機...等)、太陽能公共設施(路燈、紅綠燈、招牌...等)、建築整合太陽能(房屋、廠房、電廠、水廠...等)
" 太陽能裝置,例如:太陽能計算機、太陽能背包、太陽能?燈、太陽能手電筒...等各式太陽能應用與裝置
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?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茲塔特(B?rstadt),面積為四萬平方公尺,每年的發電量為450萬千瓦時。
日本為了達成京都議定書的二氧化碳減量要求,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。
建築和城市規劃
德國達姆施塔特工業大學設計的位於華盛頓特區的被動式節能屋,這是專門為了潮濕和炎熱的亞熱帶氣候而設計的。該設計贏得了2007年的國際太陽能十項全能競賽(Solar Decathlon)
陽光影響了建築設計建築史的開始。先進的太陽建築和城市規劃的方法,是最早被希臘人和中國人所採用,他們的建築面向南方給人們提供光明和溫暖。
農業和園藝業
農業和園藝業,為了優化植物生產力而致力於優化太陽能的捕獲。採用的技術,如定時種植周期,量身定製的行方向,交錯行和混合的植物品種之間的高度可以提高農作物的產量。雖然陽光被普遍認為是一個豐富的資源,例外情況突出顯示太陽能能源以農業的重要性。
溫室大棚將太陽光轉換為熱能,實現不是天生就適合當地氣候的(在封閉的環境中)特種作物其他植物的生長和全年的生產。
交通運輸
在澳大利亞舉辦的世界太陽能挑戰賽(英語:World Solar Challenge),太陽能車例如Nuna3橫跨3,021 km (1,877 英里)從達爾文市到阿德萊德市的比賽路程。
自1980年代以來,一個太陽能汽車的發展一直是工程目標。世界太陽能車挑戰賽(英語:World Solar Challenge)是每半年以太陽能為動力的汽車比賽中,來自高校和企業的團隊競爭橫跨澳洲中部的3,021 km (1,877 英里),從達爾文市到阿德萊德市的比賽路程。在1987年,成立時,獲獎者的平均車速為67千米每小時(42英里每小時),並在2007年獲獎者的平均時速已提高到90.87千米每小時(56.46英里每小時)。北美太陽能車挑戰賽(英語:North American Solar Challenge)和計劃中的南非太陽能車挑戰賽(英語:South African Solar Challenge)是相媲美的比賽,反映出在太陽能車的設計和開發的國際關注。
有些汽車使用太陽能電池板為輔助電源,例如用於空調,保持汽車內涼爽,從而減少燃油消耗。1975年,第一艘實用的太陽能船被建造於英國。到1995年,客輪整合光電電池板開始出現,並且現在廣泛使用。在1996年,堀江謙一(英語:Kenichi Horie)作出第一次利用太陽能動力的太陽能船穿越太平洋,和在2006-2007年冬季sun21雙體船作出第一次利用太陽能動力的太陽能船穿越大西洋。在2010年有計劃作環球航行。
在1974年,無人駕駛AstroFlight SunRise飛機作第一次太陽能飛行。在1979年4月29日,Solar Riser作出太陽能動力的,完全控制的,載人的飛行器的第一次飛行,高度達到40英尺(12米)。
光熱轉換

現代的太陽能科技可以將陽光聚合,並運用其能量產生熱水、蒸汽和電力。集熱式太陽能(Solar Thermal)。原理是將鏡子反射的太陽光,聚焦在一條叫接收器的玻璃管上,而該中空的玻璃管可以讓油流過。從鏡子反映的太陽光會令管子內的油升溫,產生蒸氣,再由蒸氣推動渦輪機發電。除了運用適當的科技來收集太陽能外,建築物亦可利用太陽的光和熱能,方法是在設計時加入合適的裝備,例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建築材料。在適當地點,太陽能的長期使用成本已經接近甚至低於傳統的化石燃料。
太陽能熱水器
太陽能熱水系統利用太陽光來加熱水。在較低的地理緯度(低於40度)從60%到70%的生活熱水可以使用太陽能加熱系統提供溫度高達60°C的熱水。最常見的類型的太陽能熱水器真空管集熱器(44%)和玻璃平板集熱器(34%),一般用於生活熱水;還有無釉的塑料收集器(21%),主要用於加熱游泳池。
截至2007年,太陽能熱水系統的總裝機容量約為154吉瓦(GW)。中國是世界的領先者,在截至2006年他們已經安裝了70吉瓦(GW),並且部署了在2020年安裝210吉瓦(GW)的長遠目標。以色列和塞浦路斯是在人均使用量上面的領先者,超過90%的家庭使用太陽能熱水系統。在美國,加拿大和澳大利亞佔主導地位的應用是加熱游泳池,在2005年太陽能熱水應用的裝機容量為18吉瓦(GW)。
加熱,冷卻和通風
在美國,暖通空調(英語:Heating, Ventilation and Air Conditioning,簡稱:HVAC)系統佔用商業樓宇使用的的能量30%(4.65 EJ),和在住宅建築近使用的能源的50%(10.1 EJ)。太陽能加熱,冷卻和通風技術可用於抵銷了這些能量的一部分。
水處理
太陽能可用於蒸餾處理鹽水或半鹹水的成可飲用水。這種應用的首次記錄是在16世紀的阿拉伯鍊金術士。首先構建一個大型的太陽能蒸餾項目於1872年在智利的礦業城市拉斯維加斯薩利納斯(Las Salinas)。該工廠有4700平方米的太陽能集熱面積,每天可產生高達22,700升淡水,並經營了40年。
烹飪
在印度黎明之村的太陽碗,集中太陽光在一個可移動的接收器上產生蒸汽的烹調。
太陽灶利用太陽光蒸煮,乾燥和殺菌消毒。它們可分為三大類:箱灶具,面板灶具和反射灶具。最簡單的太陽灶是箱灶具,首先由奧拉斯-貝內迪克特·德索敘爾在1767年建造。一個基本的箱灶具包括一個用透明蓋子的隔熱容器。它可以有效地在局部陰天使用,通常溫度將可達90-150 °C. 
熱處理
太陽能聚光技術,如拋物面碟形,槽形及Scheffler反射器可為商業和工業應用提供工業用熱。
蒸發池是通過蒸發作用濃縮溶解固體的淺水池。使用蒸發池的從海水中獲得的鹽是太陽能最古老的應用之一。現代應用包括濃縮浸礦用鹵水的解決方案和從廢物流中除去溶解固體。
通過蒸發作用由風和陽光的晾衣繩,晾衣架晾衣服不消耗電力或煤氣。在美國的一些州,有立法保護衣服的「晾乾的權利」。
光電轉換
光電轉換又稱太陽能光電。太陽能板是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置,由幾乎全部以半導體物料(例如矽)製成的薄身固體太陽能電池組成。由於沒有活動的部分,故可以長時間操作而不會導致任何損耗(薄膜太陽能電池會有光衰退的現象)。簡單的光電電池可為手錶及計算機提供能源,較大的光電系統可為房屋照明,並為電網供電。
太陽能板可以製成不同形狀,而又可連接,以產生更多電力。近年,天台及建築物表面開始使用光電板組件,被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分,這些光電設施通常被稱為附設於建築物的光電系統。
聚光太陽能熱發電
聚光太陽能發電(CSP)系統使用透鏡或反射鏡和跟蹤系統,把大面積的陽光聚焦到一個小光束。然後將集中的熱量用作常規發電廠的熱源。廣泛存在聚光技術,最發達的技術是拋物槽,集中線性菲涅爾反射鏡,斯特林盤和太陽能發電塔。跟蹤太陽和光線聚焦用了各種技術。在所有這些系統中,工作流體被聚光的太陽光加熱,然後將其用於發電或能量存儲。
太陽能光電


國家可再生能源實驗室(英語:National Renewable Energy Laboratory)(NREL) 編纂的從1976年到現在的太陽能電池效率的最好的研究
一種太陽能電池或光電電池(PV),是一種利用光電效應將光轉換成電流使用的裝置。於1880年代,第一個太陽能電池由查爾斯Fritts(Charles Fritts)構造。
太陽化學
太陽能的化學過程利用太陽能來驅動化學反應。
優點
在光照充足的地區(例如:太空向陽區、海洋、海岸、空曠岩地...),太陽能的供應源源不斷,使用過程不會產生環境污染,亦不會產生溫室氣體導致地球溫室效應加劇。
太陽能電池組件可以安裝在建築物上,稱為光電一體化建築,如此太陽能電池板不僅可以在有陽光的時候產生電力,還能達到隔熱的作用,可以有效降低建物內部的溫度,降低建築能耗;而且分散式發電的大規模停電風險較低。此外,將太陽能電池安裝於家家戶戶,可以提供大量的在地工作機會,節省社福及社會成本。
太陽能雖具有間歇性,但太陽能發電量與用電尖峰需求呈現正相關,許多電力公司需要興建只在繁忙時間發電的電廠,這種電廠的成本較高,以太陽能取代此類發電廠,很早就具有經濟效益。
太陽能的成本下降速度很快,在許多情況已經達到電網平價。
缺點
目前利用太陽能的各種技術都具有成本高的缺點,因此首期資本投資不菲;不過近來這已經不是缺點,因為全球有太多找不到投資標的的資金,而且整體壽命週期來看,太陽能已經在許多情況下達到電網平價,因此可以把過多的游資投入太陽能等再生能源。
另外,在許多陰雨綿綿或是日照短的地區,很難完全靠太陽能供應,投資報酬率較低。另外,除非有大量的太陽能板或更成熟的太陽能技術,不然目前仍然難以產生大量電源供給使用是其缺點。
除此之外,太陽能板壽命有限。大約是10-30年。而生產時所需使用的大量矽、鍺、硼可能會造成其他方面的污染,需妥善管控處理。

使用能源通過控制和適應環境使它在人類社會裡成為一個關鍵的發展。在任何一個社會都無法避免管理能源的使用。在工業化國家裡,能源資源的發展在農業,運輸,垃圾收集,信息技術和通訊是成為發達社會的先決條件。自從工業革命後,能源的使用越來越多,同時也帶來一些嚴重的問題,其中一些,如全球暖化對目前全世界有潛在嚴重的風險。另外由於經濟活動,如製造業和運輸業的密集,能源效率﹑依賴﹑安全和價格等的問題也令人關注。
在人類社會背景下的能源資源:能源資源作為能源的同義詞,一般來說常指物質,例如燃料,石油加工產品和電力。這些都是可利用的能源來源,因為它們可以很容易地轉化為其他為特定的用處種類的能源。
在自然界中,能源可以採取幾種不同的形式存在:熱,化學能,電,輻射等。許多這些形式可以很容易轉化為另一種的幫助下,如利用裝置;從化學能到電能使用的電池。但我們大多數現有的能源來自於太陽。巨大潛在的能源闡述可由著名的公式E = mc2所表示。
現代能源一般可分為三類:可再生能源﹑可替代能源和核電。
能源與經濟
能源資源的生產與消費對於世界經濟非常重要。無論是生產商品,提供運輸,使電腦和其他設備正常運作,所有的經濟活動都需要能源資源,可以說是工業時代重要生產資料之一。
能源與環境
能源資源的消耗需要資源,並且會對環境具有影響。許多發電廠燃燒煤炭、石油或天然氣來發電能作為能源的需求。雖然燃燒這些化石燃料可以馬上供應電力,但是會產生的空氣污染物包括二氧化碳(CO 2),二氧化硫和三氧化硫(SOX)和氮氧化物(NOx)。二氧化碳是一種重要的溫室氣體而被認為對全球暖化影響的加快負起責任。燃燒礦物燃料發電也釋放微量金屬如鈹,鎘,鉻,銅,錳,汞,鎳,銀到環境中,也作為污染物。
因此一些環保人士提倡使用可再生能源,普遍認為,最有效的辦法就是保護環境,節約能源避免擴大使用能源,從而導致環境被破壞。
能源危機
因為能源供應短缺或是價格上漲而影響經濟。這通常涉及到石油,電力或其他自然資源的短缺。經濟和政治不穩定也可能導致能源危機,像是1973年的石油危機和1979年的石油危機。當全球石油開採率達到最高(即石油峰值)可能會促成另一能源危機。
國際能源機構
1974年成立的發達國家能源論壇性組織。由澳大利亞、加拿大、比利時、丹麥、法國、德國等23個國家所組成。成員國政府在發生石油危機中,合作協調能源政策,分享能源供應。並借發展替代能源,解決能源結構中的供需問題和環境問題。
傳統能源類別及其限制
不可再生能源 - 石油、天然氣、核能……等依賴有總量限制的來源
" 可再生能源 - 水力、風力、太陽能……等無限制能量來源
核能的發展
核能發電是核能的主要應用方面,1950年代末至80年代中是世界核電開始快速發展的時期。人們利用核裂變釋放出的熱量進行供熱及發電的技術。核子工業會產生放射性廢料,低階放射性廢料要監測約300年,待其放射性逐漸降低後可以確定其安全穩定性;而放射性較強的高階放射性廢料,則需要搭配較長時間的妥善管理及處置,以待其放射性衰減到與背景輻射相當的程度。
新能源和可再生能源
太陽能、風能、地熱能、生物質能、氫能、水能、海洋能的總稱。除生物質能外,均為非燃燒能源,又稱為清潔能源或綠色能源。
能源的來源
廣義上來講能源來自三個途徑:1、太陽光輻射。該途徑通過太陽光、植物能、化石燃料、地表溫差、月球反光、水氣蒸發循環的方式體現在地球表層。來自太陽光輻射的能源總量是有限的,目前社會對該類能源的提取超過了能源充能的效率;2、地球自轉運動。該途徑通常包括地熱、磁、以及風能、水流、潮汐等通常意義上的可再生能源。該類能源屬於地球自變過程中的餘熱耗散,偶爾也表現為爆發性的火山噴發或者地震之類破壞性的情形。;3、核聚變、核裂變。該途徑包括傳統意義上的可再生能源。在產生副產品的熱能的同時也會產生輻射能。

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太陽能源

ACNO C012161
索書號 446.6 4762
複本總數 1
館藏位置 N
借閱分類 BOOK
ISBN 978-986-216-295-8
出版商 天下遠見
出版年份 2009
版本
警告 No Alert Message
小說 N
語言 中文
科目 太陽能.
購買日期 2010-04-14
價格 106.4
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