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绿色健康生活新能源
刘延卫 |
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绿色健康生活新能源
绿色地球保护环境新书系
一、太阳能简介
与原子核反应有关的能源正是核能。地球本身蕴藏的能量一般指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的那些能源。
原子核的结构发生变化时往往能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。目前核能最大的用途是发电。它来自地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，还有海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。通常，这些物质在发生原子核反应时释放出能量。而且，还可以用作其他类型的动力源、热源等。
现在，太阳能的利用还不是很普及。主要原因是太阳能的利用成本高，而且能量的转换效率也比较低，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。
太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量就是我们所说的太阳能。地球赤道的周长为40，000km，地球轨道上的平均太阳辐射强度为1，369W/㎡从而可计算出，地球获得的能量可达173，000TW。如果是在海平面上，那么，标准峰值强度能够达到1kW/m2，地球表面某一点24小时的年平均辐射强度为0.20kW/㎡，相当于有102，000TW的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因时而变，因地而异，这就为太阳能的开发利用带来了巨大困难。
尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173，000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万t煤，每秒照射到地球的能量则为499，400，00，000J。然而，太阳能过于分散的特点会使我们人类利用太阳能变得十分有限。
广义的太阳能包括的范围非常大。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。狭义的太阳能则范围很小，它只限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
太阳能资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。它既是一次能源，又是可再生能源。太阳能的利用为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
在浩瀚的太阳系里，太阳是唯一能够发出光和热的星体。太阳给地球带来无穷的光与热，除了原子能、地热和火山爆发等少数能量外，地球上的大部分能量都直接或间接与太阳有关。从这个意义上来说，太阳绝对称得上是名副其实的地球能源之母。
植物的叶子含有叶绿素，所以它们绝大多数是绿色的。叶绿素只有利用太阳光的能量进行光合作用，才能合成生长需要的各种物质。据计算，整个世界的绿色植物每天可以产生约4亿t的碳水化合物、蛋白质和脂肪，与此同时，还能向空气中释放出近5亿t的氧气，为人和动物提供了充足的食物和氧气。煤炭、石油、天然气、油页岩等燃料实际上是古代生物存下来的太阳能，因为它们由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代而形成的。
太阳表面每平方米面积就相当于一个6万kW的动力站。太阳每秒辐射到太空的热量相当于1.28亿亿吨标准煤完全燃烧产生热量的总和，这是一个具有3.9×1011万亿kW的发动机的功率。然而地球能接受到的只是这些能量的22亿分之一。
地球的外部被厚厚的大气层包围，像一层棉被一样，所以，绝大部分的太阳光辐射能量都被大气层反射和吸收了，即使这样，到达地球范围内的太阳总辐射能量也十分惊人，据相关专业人士测算，到达地球范围的太阳能总辐射高达173万亿kW，不过直接到达地球陆地表面的只有17万亿kW左右，大约占到达地球范围内的太阳总辐射能量的10%。
在陆地表面所接受的这部分太阳辐射能中，被植物吸收的仅占0.015%，被人们利用作为燃料和食物的仅占0.002%，已利用的比重微乎其微。我们可千万不要小看这到达陆地表面的这17万亿kW，这可相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的2.5万多倍。由此也不难看出，利用太阳能的潜力是相当大的。太阳能取之不尽，用之不竭，又无污染，是未来十分理想的能源。
二、太阳能资源的优点
与那些常规能源相比较，太阳能资源的优点非常多，并且都是一般的常规能源所无法比拟的。一般概括起来，可以归纳为以下四个方面：
（一）时间长久
根据天文学的研究结果可知，太阳系已存在了50亿年左右的时间。根据目前太阳辐射的总功率以及太阳上氢的总含量进行估算，太阳能资源尚可继续维持600亿年之久。对于人类存在的年代来说，真的是取之不尽，用之不竭。
（二）清洁安全
太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称。它不仅毫无污染，远比常规能源清洁，也毫无危险，比原子核能安全得多。
（三）普照大地
太阳辐射能“送货上门”，既不需要我们开采和挖掘，也不需要运输。普天之下，无论高山或岛屿，无论大陆或海洋，都一视同仁，既无“专利”可言，也不可能进行垄断，而且开发与利用都极为方便。
（四）数量巨大
每年到达地球表面的太阳辐射能约为3630万亿t标准煤，被陆地表面接受的太阳辐射能也达到762万亿t标准煤。
三、太阳能资源的缺点
（一）效率低与成本高
现在太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。
（二）不稳定性
因为受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，因此，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了一些难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，那么，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽可能地贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但现在蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的一个环节。
（三）分散性
到达地球表面的太阳辐射的总量虽然很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1，000W；若按全年日夜平均，则只有200W。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，但这往往造价较高。
四、太阳能利用的途径
太阳能的利用现在涉及很多高精尖的技术问题，但根据太阳能的特点，具有共性的技术目前主要有四项，即太阳能采集、太阳能贮存、太阳能转换和太阳能传输。所以有效利用太阳能的方式就是将这些技术与其他相关技术结合在一起，主要方式有光生物利用、光化学利用、光热利用、光电利用和发电技术等。
（一）生物转换利用太阳能
通过光合作用可以使太阳能吸收和储存在生物质内，经过一些化学和生物处理，制成液体或固体燃料。
1.将高等有机废物进行分解，在厌氧微生物的作用下，可产生沼气。
2.发展薪炭林。烧炭是一种比较古老的生物能利用方式，如果有计划地发展薪炭林，不仅可提供燃料，而且还能保护环境，从而减少水土流失。
3.将糖类作物、谷物和植物纤维作为原料，生产燃料酒精，掺加到汽油中合成酒精汽油，例如巴西已从甘蔗中提炼酒精和汽油合成汽车用油。
4.尚在研究利用藻类和某些微生物的光合作用，在阳光下进行分解制氢，提供燃料。
（二）光热转换利用太阳能
这是现在技术最为成熟、成本最为低廉，而且应用最为广泛的太阳能利用形式。其基本原理是将太阳的辐射能收集起来作为一种热能以加热物体。
1.太阳能蒸馏器，可用于海水淡化。
2.太阳能烘干机可以烘干粮食、烟叶、干果、农副产品及木材等。
3.利用太阳辐射能加热的集热器，如太阳能热水器、太阳灶器以及高温太阳炉等。
4.主动和被动的太阳房都是利用太阳能进行采暖，是一种简单、经济、有实效的取暖方式。
（三）光电转换利用太阳能
通常通过半导体材料直接将太阳辐射能转变为电能（直流电）。
1.现在太阳能电池的种类主要有硅、硫化镉、砷化镓等电池。
2.电池技术现在已较为成熟，主要用于航天、无人气象站、无人灯塔、无线电中继站、浮标和电围栏等的电源。
（四）光化学转换利用太阳能
1.通过光解或电解作用的热化学方法制造一些氢气，是对未来能源发展具有战略意义的一个重要途径。
2.从生态角度上看，氢气一直被认为是理想的燃料，目前，意大利和瑞士发明了一种有效利用太阳能分解水中所含氢气的方法，因为氢不产生有害废弃物，它燃烧后的唯一副产品是水，因此，氢是一种清洁的燃料。
（五）太阳能发电方式
1.太阳能热发电：就是利用太阳辐射产生的热能发电，通常是由太阳能集热器将所吸收的热能把水加热成蒸汽，然后再驱动汽轮机发电。前一个过程就是光—热转换过程，后一个过程就是热—电转换过程，与那些普通的火力发电一样。
主要形式包括塔式发电、热光伏发电、抛物面聚光发电、热离子发电、太阳能烟囱发电、太阳池发电等。
2.不通过热过程发电：光电转换的基本装置就是太阳电池。基本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。
主要形式有：光伏发电、光化学发电、光感应发电、光生物发电等。
五、太阳能的具体利用
（一）太阳灶
太阳灶就是利用太阳能的辐射，通过聚光获取热量来烹饪食物的特殊装置：它不烧任何燃料，没有任何污染，正常使用时加热速度要高于传统的蜂窝煤炉，和煤气灶速度相当。人类利用太阳灶已有200多年的历史，特别是近几十年来，世界各国都先后研制生产了各种不同类型的太阳灶。太阳灶受到了人们的好评，并得到了比较好的推广和应用。
（二）太阳能的热水系统
人类利用太阳来加热水，然后热水洗澡，这是最早利用太阳能的方式。中国自从1958年研制出第一台太阳能热水器后，经过几十年的努力，太阳能热水器产销量目前均占世界首位。
太阳能热水系统（器）包括太阳能储热装置、集热装置、循环管路装置等。由于太阳能热水系统在运行中受天气的影响比较大，其独立应用存在间歇性、地区差异性、稳定性，在太阳能应用中除利用集热器将太阳能转换成热能外，应采取一些辅助加热系统和储热措施来确保太阳能热水系统全天候可以稳定地供应热水。
（三）太阳能照明
让太阳照亮黑夜，这听起来像是童话世界的事，但是现在已变成事实。在上海世博会上，宏伟壮观的主题馆屋顶上的一体化太阳能电池组件，实现了建筑功能和美学的完全融合；绿树成荫的世博会公园里，太阳能应用的庭院灯、路灯、草坪灯、灭蚊灯等照明系统，如星辰般点缀在夜空。
太阳能照明灯以太阳能为能源，白天充电晚上使用，无需外接电源，安全可靠，绿色节能。充电及开关灯无需人工操作，使用寿命长，是现代生活中理想的照明工具。
太阳能照明系统是独立的、全自动的工作系统，只要设定工作模式该系统就能自动进行工作。
（四）太阳能与建筑的一体化设计
太阳能与建筑一体化就是将太阳能利用设施与建筑进行一个有机结合，目前主要有两种体现形式：一是光伏建筑一体化，即将太阳能光伏产品集成到建筑上，充分利用建筑外表面，安装多种光伏发电产品，所产生的电能可以供自身使用，也可以并网输送。二是光热建筑一体化，利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层和屋顶保温层，这样既消除了太阳能装置对建筑物形象的影响，同时又避免了重复投资，降低了成本。随着“太阳能屋顶计划”和“金太阳”工程的实施，太阳能与建筑一体化的应用呈现出快速增长的势头。
太阳能与建筑的一体化也可简称为太阳房，是未来太阳能技术发展的一个方向。
（五）太阳能海水淡化
地球上的水量虽然非常大，但是97%是海水，淡水仅占3%，而且分布不均匀，世界上很多地方淡水资源极为缺乏。尤其是一些缺乏饮用水的海岛和内陆干旱地区，淡水缺乏已成为威胁人畜生存的重要问题。
人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是对海水进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术依靠不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。
中国于1977年在海南岛上建成一座面积为385m2的太阳能海水蒸馏试验装置，日产淡水1t左右。
（六）太阳能温室
太阳能温室就是利用太阳的能量，提高塑料大棚或玻璃房室内的温度，从而来满足动植物生长对温度的要求，因此人们往往把它称之为人工暖房。
太阳能温室是根据温室效应的原理来进行建造的。
白天太阳辐射的热量往往超过温室通过各种形式向外界散失的那些热量，这时温室就会持续处于升温状态，有时因为温度太高，还要人为地放走一部分热量，从而来适应动植物生长的需要。
如果温室内安装储热装置，这部分多余的热量就可以储存起来以备将来使用。
由于太阳能温室能很好地利用太阳的辐射然后再辅以其他手段就可以确保室内所需的温度，同时对室内的水分、温度、光照还可以进行调节，完全可以满足植物生长发育所必需的各种生态条件，这样实际上是等于创造了人工的小气候环境，从而让一些不能在当地生长的植物能够正常生长，并可以缩短或延长植物的生长期，为农业产业产业化和市场化运作、提高产品质量开辟了广阔的前景。
太阳能温室对养殖业同样很有作用，它不仅能缩短畜禽生长期，还会对提高繁殖率、降低死亡率产生非常明显的效果。
所以，太阳能温室已成为农、牧、渔业现代化发展不可缺少的技术装备。
（七）太阳能电池
要将太阳能转变成电能，就需要采用能量转换装置。太阳能电池实际上就是一种把光能变换成电能的能量转换器。这种电池是利用“光生伏打效应”的原理制成的：光生伏打效应就是指当物体受到光照射时，物体就会产生电动势或电流的现象。
单晶硅太阳能电池是目前世界上所用的太阳能电池的典型代表，使用较普遍。它的性能稳定可靠，转换效率较高，并可进行批量生产。提纯硅结晶后，内部的成分不同，分为多晶硅和单晶硅。目前，单晶硅太阳能电池的光电转换率为15%左右，最高可达24%，使用寿命一般可达15年，最高可长达25年，比转换率仅12%左右的多晶硅太阳能电池的综合性能价格比还要高。
（八）太阳能空调
传统的空调制冷一般都是用电，如今有一种新型空调——太阳能制冷空调。
太阳能制冷一般可以分为两大类：一类是利用太阳能集热器提供的热能去驱动制冷系统；另一类是先利用太阳能发电，而后再利用电能制冷。其中前者最常用的制冷系统有太阳能吸收式制冷系统和太阳能吸附式制冷系统。太阳能吸收式制冷系统通常采用溴化锂—水，或氨—水做工质。太阳能吸收式空调与那些常规空调相比，具有以下三大明显的优点。
1.传统的压缩式制冷机一般以氟利昂为介质，它会对大气层产生极大的破坏，而吸收式制冷机则以无毒、无害的溴化锂为介质，它对保护环境非常有利。
2.太阳能空调的季节适应性比较好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致。
3.同一套太阳能吸收式空调系统就可以将夏季制冷、冬季采暖和其他季节提供热水结合起来，从而显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性。
利用太阳能作为能源的这种空调系统，它的独特之处就在于越是太阳能辐射强烈的时候，环境气温就会越高，人们的生活越需要空调，而恰在此时，太阳能空调的制冷能力就越强。这是一种人与自然和谐相处的理想境界。使用太阳能空调，既可以创造室内宜人的温度，同时又能降低大气的环境温度，还可以有效减弱城市中的热岛效应。更为可取的是，这样既节约了能源，还不使用破坏大气层的氟利昂等一些有害物质，是名副其实的一种绿色空调。
（九）冶炼金属的太阳能高温炉
据说公元前214年，古罗马派船队去攻打古希腊所属的西西里岛，当时，阿基米德指挥岛上所有妇女手拿磨得铮亮的金属镜子，对着火热的太阳开始调整角度，将太阳光反射到古罗马的那些战船上，使战船被从天而降的大火点燃。当然这只是一个民间传说，真实性值得我们怀疑，而且镜子也很难达到使船燃烧起来的温度。但早在15世纪，人们就已经采用聚光镜将阳光集聚起来使坚硬的钻石熔化。而到了17世纪，法国人爱伦费里德利用直径76cm的透镜聚集阳光，从而将陶瓷熔化。这使人们开始认识到太阳光所具有的那种巨大热能。后来，有人又用爱伦费里德的透镜熔化了铜、铁、金、银、锡等矿石，为用太阳能熔炼金属开了先河。
第二次世界大战以后，法国人特朗斯使用那些军用探照灯的抛物面镜做聚光器熔炼金属，从而制成了世界上最早的太阳能高温炉。这座太阳炉专门用来研究高温材料，并取得了很好的效果，也迅速引起了人们的注意。这以后，许多国家相继建造用于冶炼金属的太阳能高温炉，而且温度已可达1000℃~3500℃。中国自行设计制造的太阳能高温炉，现在可进行钣、铂、锗热电偶电焊，在不锈钢无填料对焊及热处理上，已经取得了一定成果。
因为太阳能高温炉的温度高，升温和降温速度快，因此成为研究试制导弹、核反应堆等所需要的高温材料和模拟核爆炸时高温区状态的一个较理想设备，它还是研究高温材料的一个最佳工具，其中对材料的熔点、热膨胀、热离子发射、比热、高温电导率以及高温冶金、高温焊接和高温热处理的研究也都是非常适用的。这是因为它是世界上最清洁的一种炉子，在它的高温区空间没有其他加热设备的干扰。然而美中不足的是，因为地面阳光受天气和夜晚的影响，太阳炉的应用受到一定的限制。所以，人们设想在宇宙空间建造太阳能高温炉。到那时，一年四季任何时候都有比较充足的阳光，使人们能连续地冶炼高级金属和一些非金属材料。
如今，使用太阳能作为动力源的装置正在逐渐增多，太阳能计算器、太阳能手电筒、太阳能收音机、太阳能充电器等。太阳能电池还被装在那些人造卫星上，用来为其供电。使用太阳能的新发明现在有如下几种：
1.太阳能电视机
芬兰生产的太阳能电视机，只要白天把半导体硅电池放在阳光下，晚上不需要用电便可观看电视，一般可连续使用3~4小时。
2.太阳能冰箱
印度最早研制成功利用太阳能的冰箱，就是在平底的太阳能收集器里，盛有氨水溶液，太阳光把氨从液体中蒸馏出来，并在另一个容器里面冷藏下来。晚间把液态氨送到冰箱管道里，氨吸收热量从而使冰箱内部冷却下来。
3.太阳能收音机
德国曾经开发研制成功一种太阳能收音机，它能把太阳能转变成直流电，作为收音机的能源。
4.太阳能换气扇
日本研发并且推出了一种太阳能楼房专用的换气扇，安装在有太阳能电池板的窗框上，太阳能电池产生的电流能驱动换气扇进行旋转，换气能力达1m3/min。
5.太阳能照相机
日本已经研制成功了世界上第一架太阳能照相机，重量仅为475克，机内装有高效率的太阳能电池板和蓄电池，蓄足电力可连续使用4年之久。美国一家公司也生产出了一种新型的照相机，其动力由太阳能电池板供应，只要有光线就能提供一定的动力。
6.太阳能电话机
在法国的图尔市，现在已经安装了世界上第一批太阳能电话亭，电话亭的顶端装设了太阳能电池，电话机完全依靠太阳能作为无线通信的能源。这种电话机话音清晰，而且毫无通话障碍。它在法国各公路沿线普遍设立。而在英国一家无线电公司，也研制成功了类似的电话机。
7.太阳能牙刷
日本科学家最近开发研制出一种太阳能牙刷。这种牙刷的柄腔内放置着一定数量的二氧化钛，经太阳光照射后钛的氧化物会放出电子束，这种电子束使牙齿及其周围形成微小电场，并使牙刷的刷丝硬化。由于电磁效应和机械作用，可迅速清除那些粘在牙齿上的污垢。
8.太阳能汽车
日本东京电机大学曾经设计出一种轻型太阳能轿车，车顶上安装有两组蓄电池，利用太阳光充电后两组电池交替使用。一组蓄电池充电后一般可行驶110km，夏季日照最长季节可达150km，最适宜于日照时间长的地区使用。不用燃油，而且不污染环境。
由澳大利亚悉尼新南威尔士大学的学生自行研发的太阳能汽车，依靠一块重55磅的400功率的硅电池作为其动力来源，使用碳纤维框架使其重量只有那些普通汽车的1/10。该太阳能汽车以约87km的时速打破了前吉尼斯世界纪录。
9.太阳能飞机
在2010年7月8日，世界上最大的太阳能飞机——“太阳驱动”，在首次成功完成夜间飞行后，停在了瑞士帕耶那机场上。它创造了26小时零9分钟的不间断飞行纪录，这也是太阳能飞机持续时间最长、飞行高度最高的世界纪录。
10.太阳能自行车
美国科学家设计出了一种太阳能自行车。就是在普通自行车上装了一块由44个光电池组成的电池板，而且还装有一个铝蓄电池和功率为0.5马力的小型电动机。这种两用车在平地上行驶时可用脚蹬，在上坡或身体疲乏时，则可开启太阳能电动机驱动自行车来加速行驶。
11.太阳能游船
在2010年6月5日下午，中国第一艘太阳能动力游船“尚德国盛号”在黄浦江上举行了盛大的“首航仪式”。据了解，“尚德国盛号”是中国第一艘采用太阳能锂电池及柴油机组等多种能源混合供电的船舶，其节省的电力和减排量都可以达到30%以上。“尚德国盛号”成为2010届世博会“魔方”——上海企业联合馆的“移动展馆”的指定用船。
六、太阳能的开发历史
根据史料记载，人类已经拥有3000多年利用太阳能的历史，但是，把太阳能作为一种能源和动力加以利用却只有300多年的历史，而真正把太阳能作为“近期急需的补充能源”“未来能源结构的基础”则是近年来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用也是日新月异。近代利用太阳能的历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起，此发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。1615~1900年间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和其他一些太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，工质主要是水蒸气，发动机功率不大，价格很昂贵，实用价值却不是很大，其中的大部分为太阳能爱好者个人所研究制造。20世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可以分为以下七个阶段。
第一阶段（1900~1920年），世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，并且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW，实用目的较明确，造价却仍很高。建造的典型装置有：1901年在美国加州建成的一台太阳能抽水装置，它采用截头圆锥聚光器，功率：7.36kW；1902~1908年在美国建造的五套双循环太阳能发动机，它采用平板集热器和低沸点工质；1913年在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，它们每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。
第二阶段（1920~1945年），这期间，太阳能研究工作一直处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和第二次世界大战爆发有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此太阳能研究工作逐渐受到冷落。
第三阶段（1945~1965年），第二次世界大战结束后，一些有远见的人士开始注意到石油和天然气资源正在迅速减少，所以呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立了太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。这一阶段，太阳能研究工作取得一些重大进展，比较突出的有：1945年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1955年，以色列人泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件。此外，在这一阶段还有其他一些重要研究成果，比较突出的有：1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨——水吸收式空调系统，制冷能力为5冷t。1961年，第一台带有石英窗的斯特林发动机问世。这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破；平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟；太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房；对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。
第四阶段（1965~1973年），这一阶段，太阳能的研究工作始终处于停滞不前的状态，其主要原因是太阳能利用技术尚且处于成长阶段，不成熟且投资大效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。
第五阶段（1973~1980年），自从石油在世界能源结构中担任主角之后，石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素，1973年10月中东战争爆发，石油输出国组织采取石油减产、提价等办法，支持中东人民的斗争，维护本国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家，在经济上遭到沉重打击。于是，西方一些人惊呼：世界发生了“能源危机”（有的称之为“石油危机”）。这次“危机”在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其他可再生能源技术发展的支持，世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有：太阳房、太阳热发电、工业太阳能系统、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划，日本政府投入了大量人力、财力和物力。
20世纪70年代初，世界上出现的开发利用太阳能热潮对中国也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员纷纷投身到太阳能事业中，他们积极向政府有关部门提建议，并出书办刊介绍国际上太阳能的利用情况；在农村开始推广应用太阳灶，在城市研制开发太阳能热水器，空间用的太阳能电池开始在地面应用。1975年，在河南安阳召开的“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”进一步推动了中国太阳能事业的发展。这次会议之后，太阳能研究和推广工作被纳入政府计划，获得了专项经费支持。一些大学和科研院所也纷纷设立太阳能课题组和研究室，有的地方更是开始筹建太阳能研究所。这一时期，太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期，具有以下特点：
研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果，如CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、光解水制氢、太阳能热发电等。
各国纷纷加强了太阳能研究工作的计划性，不少国家制定了近期和远期阳光计划。开发利用太阳能成为了政府行为，支持力度大大加强。
国际间的合作十分活跃，一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作。
太阳热水器、太阳能电池等产品开始实现商业化，太阳能产业初步建立，但规模较小，经济效益尚不理想。
各国制定的太阳能发展计划，普遍存在要求过高、过急问题，对实施过程中的困难估计不足，希望在较短的时间内取代矿物能源，实现大规模利用太阳能。例如美国曾计划：在1985年建造一座小型太阳能示范卫星电站，1995年建成一座500万kW空间太阳能电站。事实上，这一计划后来进行了调整，至今空间太阳能电站还未建成。
第六阶段（1980~1992年），太阳能开发利用再次陷入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。导致这种现象的主要原因是：太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。受80年代国际上太阳能低落的影响，中国的太阳能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太阳能利用贮能难、占地广、投资大、效果差，认为太阳能是未来能源，主张外国研究成功后我们再引进技术。虽然，持这种观点的人是少数，却是十分有害的，它对中国太阳能事业的发展势必造成不良影响。这一阶段，虽然太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目甚至还进展较大，而且促使人们认真地去审视以往的计划和制定的目标，开始重新调整研究工作的重点，争取以较少的投入取得较大的成果。
第七阶段（1992~至今），由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国都加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出了低谷，并逐渐得到加强。国际环境与发展大会之后，中国政府对环境与发展十分重视，提出了10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、地热能、风能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定《中国21世纪议程》，进一步明确太阳能为重点发展项目。1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》，明确提出中国在1996~2010年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施。这些文件的制定和实施，对进一步推动中国太阳能事业发挥了重要作用。1996年，联合国在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”，会后发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言》，会上讨论了《世界太阳能10年行动计划》《国际太阳能公约》《世界太阳能战略规划》等重要文件。这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动、广泛利用太阳能。1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期，其特点是：太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力；太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽热、过热过急的弊端，保证太阳能事业的长期发展；在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高；国际太阳能领域的合作空前活跃，规模扩大，效果明显。
从上面的回顾我们可以得知，在本世纪100年间，太阳能的发展道路并不平坦，通常在每次高潮期后都会出现低潮期，处于低潮的时间有45年。太阳能利用的发展历程与煤、石油、核能完全不同，人们对其认识差别大、反复多、发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应、政治和战争等因素的影响，发展道路比较曲折。尽管如此，从总体来看，20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都快。太阳能如今是人们生活中不可缺少的一部分。
第八阶段（未来社会），全世界光伏板并网，贮能难的问题大幅改善。
世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是既能满足社会需要而又不危及后代人前途的社会，故此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设必须遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。
中国作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76%，且已成为中国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。
七、太阳能在国外的开发
长时间以来，地球上的人们一直在努力研究太阳能。首先，我们的地球所接受到的太阳能只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3万~4万倍，可谓是取之不尽、用之不竭；其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定，因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高；最后，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”和全球性气候变化，也不会造成环境污染。因此，太阳能的利用受到许多国家的重视，各国也正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近十多年来，在石油可开采量日趋见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们企盼着“太阳能时代”的到来。
美日等发达国家在1974~1997年间，硅半导体光电池发电成本每瓦特降低了一个数量级：从50美元降到了5美元。此后世界各国专家大都认为，要使太阳能电站与传统电站相比具有经济竞争力，还有一段同样长的路要走——其成本再降低一个数量级才行。目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。在死海之畔有一个1979年建的7000m2的实验太阳池，为一台150kW发电机供热，美国计划将其盐湖的8.3%面积（约8000km2）建成太阳池，为600MW的发电机组供热。亚美尼亚已在该国山地开始建造“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站，该电站使用的涡轮机是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机，装机容量仅100kW，但发电成本每千瓦时仅0.5美分，它的效率竟然高达40%~50%。
俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令世人瞩目的进展。一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合，给太阳池附设冰槽等设施，设计出了农家适用的新式太阳池。照这种设计，一个6~8口人的农户建一个70m2的太阳池，便可满足其100m2住房全年的用电需要。还有一家研究机构提出了组合式太阳池电站的设计思想，即利用热泵、热管等技术将太阳能和地热、居室废热等综合利用起来使太阳池发电的成本大大下降，在北高加索地区能与火电站竞争，夏天可用于空调制冷，冬天可用于采暖，一年四季均可使用。
以色列2012年可再生能源装机容量为：风能6.2MW、水电8MW、生物燃料12MW、大型太阳能光热电站0MW、中型太阳能光热电站7MW、小型光伏板发电站218MW。预计至2015年，以大型太阳能光热电站将增至740MW，中型太阳能电站增至330MW，小型光伏板发电站增至330MW。
由此观之，全人类梦寐以求的太阳能时代已近在眼前，其中包括到太空去收集太阳能，并把它传输到地球，使之变为电力，以解决人类面临的能源危机。由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，近日将在太空组装，不久将开始向地面供电。
八、太阳能光的利用
太阳能光的利用最成功的是用光电转换原理制成的太阳能电池，又称“光电池”。在1954年，美国贝尔实验室诞生了世界上第一块太阳能电池，1958年这种太阳能电池被用作“先锋1号”人造卫星的电源上了天。这种电池可保证人造卫星安全工作长达20年之久，从而彻底取代了只能保证几天持续工作的化学电池，为航天事业的发展提供了一种重要的动力能源。太阳能电池利用的是半导体内部的光电效应，当太阳光照射到一种被称为“PN结”的硅半导体上时，波长极短的光很容易被半导体晶体内部吸收，并去碰撞硅原子中的“价电子”，使“价电子”获得能量变成自由电子而逸出晶格，从而产生电子流动。太阳能电池质量的一个重要指标是它的光电转换效率。硅太阳能电池目前存在两大主要问题：一是理论上单晶硅太阳能电池的转换效率约为28%，但目前实际上硅太阳能电池的光电转换效率只有15%，所以还有很大的进一步改进的余地；二是价格较贵，为了降低成本，人们开始用非晶硅半导体来代替晶体硅做太阳能电池的材料，非晶硅和晶体硅相比，更容易吸收波长更短的光，另外，太阳能电池的厚度采用晶体硅至少要70μm，而采用非晶硅时只需1μm，大大节约了原料，降低了成本，但是，目前非晶硅的光电转换效率也有待提高。
太阳能电池不但可以利用太阳光的直射，还可以利用太阳的散射光；它重量轻，无活动部件，使用安全，单位质量有相当大的功率输出，适用于小型发电，因此它一诞生就备受关注。但对人类最有吸引力的是所谓跨世纪的太空太阳能发电站。因为地面上的日照状况受地球自转、公转和气候的影响很不稳定，于是科学家设想通过航天器在离地球3.58万km的地球同步轨道上建造一个重达万吨的巨型同步卫星太阳能电站。它是由永远朝向太阳的太阳能电池列阵、能把直流电转换成微波能的微波转换站、发射微波束能的列阵天线等三部分组成，通过天线以微波形式向地面输电。在地面上则要建一个面积达几十平方公里的巨型接受系统。太空太阳能电站占地面积是十分巨大的，据计算，一座8×1010W的太空太阳能电站，其太阳能电池的列阵面积要达64km2，需装配几百亿个电池板，把微波发往地球的天线列阵面积需2.0km2。从现有科学技术发展的情况看，航天器技术正在飞速进步，太阳能电池的成本正在不断降低，转换效率也在逐步提高，因此在21世纪建成太空太阳能电站是完全可能的。太空太阳能电站的建立无疑将彻底改善世界的能源状况，人类都期待这一天的到来。虽然，这还有些遥远，似乎与农村生活也无太大关系。但是，随着光电技术的不断进步，太阳能电池的应用也从航天领域走向了各行各业，走向了千家万户。太阳能手电筒、太阳能计算器逐步进入了普通家庭。太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能自行车、太阳能飞机也都相继问世，它们中有的甚至也已经进入市场。