太阳能

太阳能是来自太阳的光和热的光线，自古以来就被人类利用并受益于不断变化的技术手段。太阳能技术包括使用太阳能热能，无论是直接加热还是在运动或电能的自动转换过程中，还是使用光伏板通过光伏现象发电，此外还有依赖于利用太阳能的建筑设计，这些技术可以为解决当今世界上一些最紧迫的问题做出重大贡献。除了风能、波浪能、水力发电和生物质能等二次能源外，地球表面可用的大多数可再生能源都归因于太阳辐射。值得注意的是，我们生活中可用的太阳能中只有一小部分被使用。电能由热电机或光伏转换器从太阳能中产生。一旦太阳能转化为电能，只有人类的聪明才智才能控制其用途。使用太阳能的应用包括建筑设计过程中的加热和冷却系统，这些系统依赖于太阳能的利用，蒸馏和消毒过程中的饮用水，日光开发，水加热，太阳能烹饪以及工业用途的高温。

太阳能技术通常被描述为被动式太阳能系统或正太阳能系统，具体取决于太阳光的利用、转换和分配方式。依靠利用正太阳能的技术包括使用光伏板和太阳能集热器，以及机械和电气设备，将太阳光转化为其他有用的能源。被动式太阳能技术包括将建筑物朝向太阳，选择具有适当热质量或光色散特性的材料，以及设计自然循环空气的空间。

太阳能主要是指将太阳辐射用于实际目的。然而，除潮汐能和地热能外，所有可再生能源都来自太阳。基于太阳能的技术通常具有负或正的特征，具体取决于太阳光的利用、转换和分配方式。正太阳能技术涉及使用光伏电池板、泵和风扇将太阳光转化为其他有用的能源。被动式太阳能技术涉及选择具有合适热性能的材料，设计允许空气自然流通的地方，以及选择适合建筑物朝向太阳的地方。正向太阳能技术的特点是产生大量能量，因此它们是丰富能源生产的次要来源，而被动式太阳能技术是减少对替代能源需求的一种方式。因此，它们是过剩能量的次要来源。

自建筑史开始以来，阳光就影响了建筑物的设计。基于太阳能开发的先进城市和建筑规划方法首先被希腊人和中国人使用。 被动式太阳能规划的共同特征包括建筑物的太阳面压缩（低表面积与体积之比）、选择性遮阳（建筑物部分悬垂）和热质量。当这些特性适合环境和当地气候时，它们可以产生平均温度范围的光线充足的地方。希腊哲学家苏格拉底的家名为Megaron，是基于被动式太阳能技术的建筑设计的典型例子。依赖于利用太阳能的建筑设计的现代应用与在计算机上实现的设计一起使用，以便它们将太阳能空调/通风系统和 [太阳能加热/供暖和照明，依赖于日光/太阳能照明的照明在建筑设计中用于利用太阳能并被集成。 依赖正太阳能的设备，如泵、风扇和移动窗户，可以弥补设计的缺点并提高系统性能。 城市热岛是人类居住的地区，其温度高于周围环境的温度。这些岛屿上的较高温度是由于城市地区特有的成分（例如混凝土和沥青）对阳光的吸收增加，这些成分的反射光能力较低，热容量高于自然环境。平衡热岛效应的直接方法是将建筑物和道路涂成白色并种植植物。使用这些方法，洛杉矶的理论计划“迈向温带社会”表明，城市温度可以下降约3摄氏度，估计成本为10亿美元，并估计了降低温度可以实现的年度总利润，估计约为5.3亿美元，用于降低使用空调的成本和节省国家医疗保健费用。

那些参与农业发展的人寻求增加太阳能的使用，以提高栽培植物的生产力。一些技术，根据一年中的时间调节种植季节，调整栽培植物行的方向，调节行之间的高度以及混合不同的植物品种，可以提高作物生产力。 虽然阳光是一种丰富的能源，但有些观点强调了太阳能对农业的重要性。在小冰河时代农作物短缺的季节，英国和法国农民种植了一簇簇高大的果树，以最大限度地收集太阳能。这些树充当热质量，它们还通过将果实保持在温暖的介质中来提高果实成熟的速度。过去，这些树木是垂直建在地面上并朝南的，但随着时间的推移，它们被倾斜地建造，以充分利用阳光。1699年，尼古拉斯·法基奥·德·杜利尔（Nicolas Facchio de Duelier）提议使用一种可以绕轴旋转的仪器，以便它可以跟随太阳光线。 除作物种植外，太阳能在农业中的应用还包括用于水泵机管理、作物干燥、鸡孵化和鸡粪干燥。在现代，太阳能电池板产生的能量已被用于制造果汁。 温室将阳光转化为热量，使得全年种植所有作物成为可能，并（在封闭的环境中）种植无法在当地气候中生长的作物和植物品种。原始温室最早在罗马时代用于种植黄瓜，以便全年供应给罗马皇帝“提比略”。第一个现代温室最早建于16世纪的欧洲，目的是保存经过检查后从国外带来的外来植物。 值得注意的是，时至今日，温室一直是园艺的重要组成部分，出于同样的目的，透明塑料也被用于栽培植物的分叉隧道和行覆盖物中。

自然阳光的使用是有史以来最常用的照明类型之一。自六世纪以来，罗马尼亚人就知道他们有权从光中受益，英国宪法也紧随其后，并得到了 1832 年《诉讼时效法》的支持。 在二十世纪，工业照明成为室内照明的主要来源，但日光技术、依赖阳光的混合照明站以及其他降低能耗的方法仍然存在。 日光照明系统收集和分配阳光以提供室内照明。被动式太阳能技术通过使用人工照明直接抵消能源使用，并通过减少对空调的需求间接抵消非太阳能的使用。 与人工照明相比，使用自然光还具有有机和心理益处，尽管很难确切确定这些益处。日光照明设计涉及仔细选择窗户类型、尺寸和方向，并可考虑室外遮阳方法。这种自然采光的个别应用包括锯齿状屋顶、用于照明的顶窗、安装在窗户上以分配照明的架子、天花板顶部的照明孔和灯管。这些应用可能包含在现有设计中，但当它们集成到一个全面的基于太阳能的设计中时，它们最有效，该设计考虑到光亮度、热流和充分利用时间等因素。如果实施得当，照明所需的能量可以减少 25%。 混合太阳能照明系统是一种利用正太阳能进行室内照明的方法。这些系统使用反射镜收集太阳光，反射镜根据太阳的运动而移动，并包括光纤将光传输到建筑物中以增加正常照明。在单层建筑中使用的应用中，这些系统能够传输 50% 的直射阳光。 白天储存的太阳能照明在夜间用于照明，是道路和人行道沿线常见的景象。尽管日光被用作利用阳光来节省能源的一种方式，但最近的研究正在减少，并产生了一些不利的结果：有许多研究表明这种方法可以节省能源，但有许多研究表明，这种方法对能源消耗率没有影响，甚至可能导致能量损失，特别是当考虑到汽油消耗时。电力消耗受地理、气候和经济方面的影响很大，因此更难从个别研究中得出一般结果。

太阳能在夜间是无法获得的。因此，储能是必不可少的，因为现代能源系统需要随时可用的电源。 热块系统可以以热量的形式储存太阳能，其温度对日常和整个季节都对家庭用途有用。蓄热设备通常使用具有高比热容的现有材料，例如水、泥土和石头。精心打造的电器可以降低最大能源需求预期，将寿命转移到非高峰使用，并降低整体加热和冷却需求。石蜡和格劳伯盐等相变量也是热能储存的来源。这些材料价格低廉，即用型，可以达到家用的有用温度（约64°C）。1948 年，位于马萨诸塞州多佛的多佛之家酒店率先使用 Glauber 盐蓄热设备。 太阳能可以使用溶解的盐在非常高的温度下储存。盐是一种有效的储存手段，因为它们成本低，比热容高，可以使温度达到适合普通储能设备的温度。SolarTwo项目使用这种方法来储存能量，使其能够在68立方米的水箱中储存1.44万亿焦耳的能量，年存储效率为99%。 非电网光伏通常使用可充电电池来储存多余的电力。使用联网设备，多余的电力可以发送到传输网络。电网计量软件为这些设备提供了它们向电网输送的电量的声明。这种说法相当于当设备不能满足电力需求时，电网提供的电力，使用电网作为高效的存储介质。 当有从低空水库到高水库的电源时，抽水水能以抽水的形式储存能量。当需要更多能量时，通过释放水流过水力发电机来回收能量。