摘要：随着人类化学技术的发展，人们的日常生活需要也更加多样化，这也使得我们的生活环境受到了更多的污染。在我国主要是由煤炭等不可再生能源产电产热，不可再生能源随着高速发展而消耗迅速，并且对环境造成的污染也越来越多。所以对可再生绿色能源的使用迫在眉睫，其应用已经受到社会各界的广泛关注。其中，太阳能是一种取之不尽，用之不竭的绿色可再生能源，它具有应用效率较高且无污染的优势。与此同时，它可以大大减少燃烧化石燃料对环境的有害影响，如空气污染、酸雨、温室效应、破坏自然平衡等，并确保可持续发展战略的实施。也就是说，开发利用太阳能不仅是中国面临的紧迫形势，也是人类的共识。
关键词：太阳能；可持续发展；开发利用；发展前景
正文
一、引言
新能源是 21 世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术 领域之一。随着世界经济的快速发展，对能源需求逐年增长，而 地球上以石油和煤为主的矿物资源日渐枯竭，能源已成为制约各国经济发展的瓶颈。同时，随着化石燃料的燃烧，所产生的二 氧化碳在大气中的浓度急剧增加，生态环境逐渐恶化，使地球逐渐变暖。随着人类社会的发展，改善生态环境的呼声越来越高，开发利用无污染的新能源，对促进社会文明与进步，发展经济，改善人民生活具有重大的意义。太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，在日常生活中受到了各国政府的重视，各国都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。
二、太阳能的特点
1.普遍
阳光普照大地，无论是陆地还是海洋，都不受地域的限制，所以阳光充足，普遍，容易获得。它有直接获得、收集、开发和使用的特点，此外不受地区的限制，无论高山或岛屿，海洋陆地还是山区盆地都可，太阳光处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。与化石燃料相比，太阳能的这一特点节省了大量的人力和财力资源。例如，要想使用煤矿，就要进行开采，开采出来后还要进行运输，这就要建设专门的铁路，而且一旦提高开挖隧道、开挖深度，投资额也会直线上升，需要铁路运输后，由于生产区域分布不均，需要运输车辆将煤矿运送到全国各地，这也是相当一大笔费用；在开采石油时，也需要极高的人力物力和财力，而输油管道作为石油的主要输送工具之一，它的修建也需要极高的要求，尤其是长距离输油管道，它的修建和保养需要很大的财力，而太阳能就不存在这样的弊病。
2.绿色无害
过去科学技术的发展总是带来环境污染，太阳能的使用可以安全清洁，不污染环境，它是最清洁的能源之一。目前，煤和石油等化石燃料不仅污染了当地的环境，而且污染了空气和水，同时也影响了动植物的健康。处理污染的成本是巨大的，这对太阳能来说根本不是问题。
3.能量巨大
到达地球外层大气的太阳辐射总强度约为174000tw，其中约30% 被大气层反射回外层空间，其余到达地球表面的能量则被大气、陆地、海水、植被等所吸收， 每年约为3.8×1024J，是2009年全球总能源消耗的8000倍，意味着地球表面在一小时内接收到的太阳能，足够维持一年。即使排除海洋，森林，冰川等等，只计算适合太阳能的陆地面积，我们每年仍然有大约600tw的太阳能可用，即每年1.9×1022J。
4.取之不尽，用之不竭
太阳能来自于太阳内氢元素聚变为氦元素的热核反应。太阳的质量约为 2×1030kg （是地球质量的33万倍），其中约 3/4 为氢元素，根据目前太阳热核反应速率，每秒有6.57×1011kg的氢聚合生成 6.53×1011kg的氦，那么氢的储量足够维持超过200亿年，而地球的寿命估计为50亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是取之不尽，用之不竭的。
三、太阳能的应用
1.太阳能热水器
太阳能热水器一直以来是太阳能热利用最普遍的一种形式，满足了人们日常生活中的需求，得以快速发展。太阳能热水器是一种利用太阳能将水从低温加热到高温的特殊加热装置，由蓄水箱、集热器、管道组成，其种类包括闷晒式、直流式和循环式，三者根据流动方式不同进行了区分，闷晒式就是将水放在集热器里不进行流动，通过太阳热量不断升温，达到一定温度再使用，流动式加入蓄热水箱，首先在集热器里将水升温，再流动到蓄水箱里，而我们现在普遍在用的是循环式，其利用不同温度之间水的密度差，自动上水构成循环体系，不过其发展过程中也有各种各样的问题，如何能使太阳辐射的热量达到相对比较多，太阳在不同时刻、不同位置，辐射的热量有所不同，有研究表明通过改变集热器的形状，调整其角度可以使集热性能更好，其发展具有很大前景。
2.太阳能干燥机
传统干燥方式是将农产品直接放在阳光下通过太阳辐射进行干燥，有明显的缺点，是很容易遭到天气的影响，对产品质量造成影响，花费时间过多。而太阳能干燥机是一种利用蒸发的方法除去湿物料中的水分的干燥设备，主要原理是利用太阳辐射的热能，可以通过集热方式进行干燥，安装集热器，直接吸收热量来进行干燥，此种效果比起传统方式更加干净，更加省时。根据干燥机内气流的流动方式可分为自然对流型和强制对流型。太阳能干燥机主要用于农副产品，较少用于工业产品。
3.太阳能集热采暖
太阳能集热采暖也是太阳能光热转换的一个重要应用，分别有两种采暖方式，一种是直接通过太阳光的辐射能转换为热能，用建筑物来进行吸热，而为了提高集热效率，可以将建筑物的窗户设计得大一点儿，同时将四周墙壁涂成黑色，作为集热器。其结构较为简单，造价便宜，住起来舒适度好，比较适合我们国家的农村。还有一种是通过集热器将热量收集起来加热管道中的水，再将热水通过地下管道送至房子进行供暖，其主要特点是不占用房子空间，对环境不造成污染，可以部分代替常规能源取暖方式。
4.太阳能发电
一直以来，火力发电都是我国电力系统最为主要的发电方式，不可否认，火力发电具有经济高效、稳定性强等优势，但火力发电以不可再生能源煤炭为基础，对环境有着很大的破坏，且随着煤炭开采的不断增加，煤炭资源总有枯竭的一天，因此，可再生能源发电成为当前发电的主要发展趋势，可再生能源发电比也在逐年提升，2018年已经占总发电比的26.7%。太阳能发电是我国可再生能源发电中的重点内容，对改变我国以火力发电为主的发电格局有着重要的应用价值，是有效降低火力发电污染，提高可再生能源发电比的有效手段。就以2018年为例，全年光伏发电达到1775亿kWh，同比增长50%，增长幅度显著高于其他可再生能源，比如风电、水电、生物质发电等。随着广泛产业的不断成熟，在可以预见的未来发展中，太阳能将成为推动我国发电格局的重要力量。
5.太阳能制冷
太阳能不仅能够发热，更具备制冷的作用。太阳能制冷的应用主要有两种方法：一是将太阳能经光电转化，再以电能制冷；二是将太阳能经光热转化，再以热能制冷。但由于第一种方法成本过高且利用率不高，所以应用较少，目前较为普遍的是以热制冷的方法。太阳能以热制冷研究主要包括三个方面，分别为太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷。其中，太阳能吸收式制冷的优势为维修周期长，制冷工况连续；劣势为需水泵提供动力，对外界电能依赖性强。太阳能吸附式制冷具有热 源供热温度低于吸收式，无需冷却塔系统，也不需要对化学溶液进行管理的优点；但其提供的冷量有限，且长时间使用容易出现老化现象。喷射式制冷具有非常低的安装和运行成本，且无冷却塔系统；但其制冷性能差，难以在环境温度变化大的情况下高性能工作。
6.太阳能电池
太阳能电池又称光电池，当光照射在半导体上，给半导体中的价电子提供能量，使价电子脱离束缚，从而使电子产生运动，它简单而言是利用光能转换为电能进行发电，主要包括晶体硅太阳能电池，薄膜太阳能电池和新型太阳能电池。
晶体硅太阳能电池主要以晶体硅为主要材料，是技术最先成熟的一种，也由于硅在自然界储量丰富，晶体硅太阳能电池得以快速发展，单晶硅电池由于其禁带宽度小，转换效率较高，已经达到20%多，不过其生产成本较高，多晶硅电池降低了成本，其发展也很快赶上了单晶硅电池，两者占据了很大市场，由于晶体硅太阳电池在生产中要求较高，对能量消耗大，所以成本也较高。
薄膜太阳能电池比晶体硅太阳能电池的制造工艺更加简单，采用直接制备的方法，需要的材料更少，在成本上降低了许多，利用化学气相淀积法、磁控溅射法等，可以实现连续大面积生产，在生产中所需能量少，并且在高温时，其输出功率不会受到很大影响，不过其光电转换效率偏低，但是发展空间很大。
在20世纪末期，有着不一样晶体结构的钙钛矿材料出现了，其具有很好的电催化性能、吸光能力，不仅材料所需成本低、制造成本也低，其带隙宽度可以通过改变原料成分来调节，在发展过程中光电转换效率提升很快，有望超过晶体硅太阳能电池。
7.太阳能制氢
氢能是一种新型二次能源，其燃烧不会对环境造成危害，只会生成水和氮氢化合物，可以产生热能，应用到很多的能量转换过程中，水可以产生氢气，氢气反应也可以产生水，构成绿色循环体系。在传统制氢方式中，消耗很多的常规能源，使氢能无法得到推广。不过经过研究，太阳光可以将水分解产生氢气，其不仅无污染，而且节能，制氢太阳能无疑是最好的选择，其发展意义重大。
太阳能分解水制氢主要有光伏法、光热法、光合 成法、光电化学法等。光伏法分解水制氢是将太阳能通过光伏发电板转化为光能，再利用电能分解水得到氢气，其受光强度、环境温度、组件表面温度等因素的影响。光热分解水制氢法主要分为直接热分解法和间接热分解法。直接热分解法是将太阳光通过太阳能集热器收集太阳能对水或水蒸汽进行加热，当蒸汽温 度升高至2000℃时水可直接分解为氢气与氧气，但是该方法效率较低，且需将氧气与氢气通过薄膜进行分离。间接热分解法制氢是通过向水中加入催化剂来降低水分解时所需的温度，再通过热分解法将水分解，由于在该方法中氢气与氧气可以分步产生，所以不需要对两者进行分离。光电化学法制氢是利用特殊电池进行水的电解，该电池的电极会在光照下通过光子能量的转移产生电流，其与固态光伏效应传质相比，更利于反应的内部电荷储存与光子电荷的转移，不足则是电解液不密封，有可能导致内部材料损坏以及泄露。
四、太阳能的发展
1.发展历史
太阳能的利用是一门古老而又新兴的科学。人类利用太阳能已有3000多年的历史，但在古代，人类利用太阳能仅停留在地表，如晒盐、晒衣服等。但是只有近300年来人类才发现太阳能可以作为一种能源和动力，而且直到最近几年，人类才真正把太阳能看作是“近期急需的补充能源”和“未来能源结构的基础”。
中国大规模使用太阳能始于20世纪70年代。从那时起，国家便大力推动太阳能在中国的发展，将太阳能研究与推广纳入国家规划，对太阳能研究给予专项资金支持。
2.发展现状
20世纪，太阳能利用技术的飞速发展，例如太阳能热水器得到了广泛的普及和应用，还有太阳能电池的成功开发等，这些都在一定程度上为21世纪太阳能的大规模利用奠定了坚实的物质基础。
就我国而言，我国已经在太阳能发展方面取得了一定的进展，建立了一批具有一定规模的太阳能电池生产基地，并且还投资了很多家太阳能发电厂。并且现阶段我国太阳能主要以热利用为主，大多数还处于低温利用阶段，中高温利用还处于起步阶段。总的来说，中国的光伏发电系统还是起步较晚，所以目前仍处于初产量小、适用范围窄、产品单一、技术落后的阶段，在太阳能电池的开发和生产方面还是落后于国际水平，所以仍需要我们继续努力。
3.发展前景
太阳能的众多独特优势决定了其广阔的发展前景。从理论上来说，在未来社会，现有的太阳能利用方式将会得到进一步发展，新材料、新技术的出现必然会使得太阳能利用设备效率高且成本低，而到时研究新的利用方式，全面利用太阳能将会是重点。至本世纪中叶，世界范围内的能源问题、环境问题的最终解决将依靠可再生洁净能源特别是太阳能的开发利用，随着越来越多国家的政府和有识之士的重视，太阳能的利用技术也有望在短期内获得较大进展。展望未来，我们相信，太阳能会有更多的开发与应用，例如：太阳光自动跟踪技术，新型太阳材料的开发等，太阳具有其他能源不可替代的优越性，未来能源领域，太阳能能源的采集、转换、利用的效率也将随着科技的进步而提升，太阳能能源也必将在各个领域占有重要的一席之地。
五、结束语
人力资源的开发利用经历了木柴期、煤炭期和油气期三个主要时期。然而，我们即将进入以太阳能和核能为代表的新能源时代。煤和石油的广泛使用对自然环境造成了很多污染，核能的利用导致了大量难以处理的核废料，对自然环境的破坏更大。太阳能是真正意义上的环保能源，加之能源丰富、分布相对均衡、不需要运输、不产生排放废物，正是各国关注的能源。所以，如果我们能够充分利用太阳能，我们可以在很大程度上缓解日益严重的支持和环境问题，促进许多行业的发展，这将对经济，社会和生态环境产生有益的影响。因此，根据不同的环境和条件，开发利用太阳能不仅是可持续发展的新趋势，而且可以解决当前能源短缺和严重的自然环境污染问题。
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