太陽能-熱能轉換 黑色吸收面吸收太陽輻射，可以將太陽能轉換成熱能，其吸收效能好，但輻射熱損失大，所以黑色吸收面不是理想的太陽能吸收面。選擇性吸收面具有高的太陽吸收比和低的發射比，吸收太陽輻射的效能好，且輻射熱損失小，是比較理想的太陽能吸收面。這種吸收面由選擇性吸收材料製成，簡稱為選擇性塗層。它是在本世紀40年代提出的，1955年達到實用要求，70年代以後研製成許多新型選擇性塗層並進行批次生產和推廣應用，目前已研製成上百種選擇性塗層。中國自70年代開始研製選擇性塗層，取得了許多成果，並在太陽集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。 太陽能-電能轉換 電能是一種高品位能量，利用、傳輸和分配都比較方便。將太陽能轉換為電能是大規模利用太陽能的重要技術基礎，世界各國都十分重視，其轉換途徑很多，有光電直接轉換，有光熱電間接轉換等。這裡重點介紹光電直接轉換器件--太陽電池。世界上，1941年出現有關矽太陽電池報道，1954年研製成效率達6％的單晶矽太陽電池，1958年太陽電池應用於衛星供電。在70年代以前，由於太陽電池效率低，售價昂貴，主要應用在空間。70年代以後，對太陽電池材料、結構和工藝進行了廣泛研究，在提高效率和降低成本方面取得較大進展，地面應用規模逐漸擴大，但從大規模利用太陽能而言，與常規發電相比，成本仍然大高。 目前，世界上太陽電他的實驗室效率最高水平為：單晶矽電池24％（4cm2)，多晶矽電池18.6％（4cm2）， InGaP／GaAs雙結電池30．28％（AM1），非晶矽電池14．5％（初始）、12．8（穩定），碲化鎘電池15．8％， 矽帶電池14．6％，二氧化鈦有機奈米電池10．96％。 中國於1958年開始太陽電池的研究，40多年來取得不少成果。目前，中國太陽電他的實驗室效率最高水平為：單晶矽電池20．4％（2cm×2cm），多晶矽電池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs電池 20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge電池19．5％（AM0），CulnSe電池9％（lcm×1cm），多晶矽薄膜電池13．6％ （lcm×1cm，非活性矽襯底），非晶矽電池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm）， 二氧化鈦奈米有機電池10％（1cm×1cm）。 太陽能-氫能轉換 氫能是一種高品位能源。太陽能可以透過分解水或其它途徑轉換成氫能，即太陽能制氫，其主要方法如下： 1、太陽能電解水制氫。電解水制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法，效率較高（75％-85％），但耗電大，用常規電制氫，從能量利用而言得不償失。所以，只有當太陽能發電的成本大幅度下降後，才能實現大規模電解水制氫。 2、太陽能熱分解水制氫。將水或水蒸汽加熱到3000K以上，水中的氫和氧便能分解。這種方法制氫效率高，但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度，一般不採用這種方法制氫。 3、太陽能熱化學迴圈制氫。為了降低太陽能直接熱分解水制氫要求的高溫，發展了一種熱化學迴圈制氫方法，即在水中加入一種或幾種中間物，然後加熱到較低溫度，經歷不同的反應階段，最終將水分解成氫和氧，而中間物不消耗，可迴圈使用。熱化學迴圈分解的溫度大致為900-1200K，這是普通旋轉拋物面鏡聚光器比較容易達到的溫度，其分解水的效率在17．5％-75．5％。存在的主要問題是中間物的還原，即使按99．9％-99． 99％還原，也還要作 0.1％-0.01％的補充，這將影響氫的價格，並造成環境汙染。 4、太陽能光化學分解水制氫。這一制氫過程與上述熱化學迴圈制氫有相似之處，在水中新增某種光敏物質作催化劑，增加對Sunny中長 波光能的吸收，利用光化學反應制氫。日本有人利用碘對光的敏感性，設計了一套包括光化學、熱電反應的綜 合制氫流程，每小時可產氫97升，效率達10％左右。 5、太陽能光電化學電池分解水制氫。1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化鈦半導體電極作陽極，而以鉑黑作陰極，製成太陽能光電化學電池，在太Sunny照射下，陰極產生氫氣，陽極產生氧氣，兩電極用導線連線便有電流透過，即光電化學電池在太Sunny的照射下同時實現了分解水制氫、製氧和獲得電能。這一實驗結果引起世界各國科學家高度重視， 認為是太陽能技術上的一次突破。但是，光電化學電池制氫效率很低，僅0．4％，只能吸收太Sunny中的紫外光和近紫外光，且電極易受腐蝕，效能不穩定，所以至今尚未達到實用要求。 6、太Sunny絡合催化分解水制氫。從1972年以來，科學家發現三聯毗啶釘絡合物的激發態具有電子轉移能力，並從絡合催化電荷轉移反應，提出利用這一過程進行光解水制氫。這種絡合物是一種催化劑，它的作用是吸收光能、產生電荷分離、電荷轉移和集結，並透過一系列偶聯過程，最終使水分解為氫和氧。絡合催化分解水制氫尚不成熟，研究工作正在繼續進行。 7、生物光合作用制氫。40多年前發現綠藻在無氧條件下，經太Sunny照射可以放出氫氣；十多年前又發現，蘭綠藻等許多藻類在無氧環境中適應一段時間，在一定條件下都有光合放氫作用。目前，由於對光合作用和藻類放氫機理了解還不夠，藻類放氫的效率很低，要實現工程化產氫還有相當大的距離。據估計，如藻類光合作用產氫效率提高到10％，則每天每平方米藻類可產氫9克分子，用5萬平方公里接受的太陽能，透過光合放氫工程即可滿足美國的全部燃料需要。 太陽能-生物質能轉換 透過植物的光合作用，太陽能把二氧化碳和水合成有機物（生物質能）並放出氧氣。光合作用是地球上最大規模轉換太陽能的過程，現代人類所用燃料是遠古和當今光合作用固定的太陽能，目前，光合作用機理尚不完全清楚，能量轉換效率一般只有百分之幾，今後對其機理的研究具有重大的理論意義和實際意義。 太陽能-機械能轉換 20世紀初，俄國物理學家實驗證明光具有壓力。20年代，前蘇聯物理學家提出，利用在宇宙空間中巨大的太陽帆，在Sunny的壓力作用下可推動宇宙飛船前進，將太陽能直接轉換成機械能。科學家估計，在未來10～20年內，太陽帆設想可以實現。通常，太陽能轉換為機械能，需要透過中間過程進行間接轉換。
太陽能-熱能轉換 黑色吸收面吸收太陽輻射，可以將太陽能轉換成熱能，其吸收效能好，但輻射熱損失大，所以黑色吸收面不是理想的太陽能吸收面。選擇性吸收面具有高的太陽吸收比和低的發射比，吸收太陽輻射的效能好，且輻射熱損失小，是比較理想的太陽能吸收面。這種吸收面由選擇性吸收材料製成，簡稱為選擇性塗層。它是在本世紀40年代提出的，1955年達到實用要求，70年代以後研製成許多新型選擇性塗層並進行批次生產和推廣應用，目前已研製成上百種選擇性塗層。中國自70年代開始研製選擇性塗層，取得了許多成果，並在太陽集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。 太陽能-電能轉換 電能是一種高品位能量，利用、傳輸和分配都比較方便。將太陽能轉換為電能是大規模利用太陽能的重要技術基礎，世界各國都十分重視，其轉換途徑很多，有光電直接轉換，有光熱電間接轉換等。這裡重點介紹光電直接轉換器件--太陽電池。世界上，1941年出現有關矽太陽電池報道，1954年研製成效率達6％的單晶矽太陽電池，1958年太陽電池應用於衛星供電。在70年代以前，由於太陽電池效率低，售價昂貴，主要應用在空間。70年代以後，對太陽電池材料、結構和工藝進行了廣泛研究，在提高效率和降低成本方面取得較大進展，地面應用規模逐漸擴大，但從大規模利用太陽能而言，與常規發電相比，成本仍然大高。 目前，世界上太陽電他的實驗室效率最高水平為：單晶矽電池24％（4cm2)，多晶矽電池18.6％（4cm2）， InGaP／GaAs雙結電池30．28％（AM1），非晶矽電池14．5％（初始）、12．8（穩定），碲化鎘電池15．8％， 矽帶電池14．6％，二氧化鈦有機奈米電池10．96％。 中國於1958年開始太陽電池的研究，40多年來取得不少成果。目前，中國太陽電他的實驗室效率最高水平為：單晶矽電池20．4％（2cm×2cm），多晶矽電池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs電池 20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge電池19．5％（AM0），CulnSe電池9％（lcm×1cm），多晶矽薄膜電池13．6％ （lcm×1cm，非活性矽襯底），非晶矽電池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm）， 二氧化鈦奈米有機電池10％（1cm×1cm）。 太陽能-氫能轉換 氫能是一種高品位能源。太陽能可以透過分解水或其它途徑轉換成氫能，即太陽能制氫，其主要方法如下： 1、太陽能電解水制氫。電解水制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法，效率較高（75％-85％），但耗電大，用常規電制氫，從能量利用而言得不償失。所以，只有當太陽能發電的成本大幅度下降後，才能實現大規模電解水制氫。 2、太陽能熱分解水制氫。將水或水蒸汽加熱到3000K以上，水中的氫和氧便能分解。這種方法制氫效率高，但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度，一般不採用這種方法制氫。 3、太陽能熱化學迴圈制氫。為了降低太陽能直接熱分解水制氫要求的高溫，發展了一種熱化學迴圈制氫方法，即在水中加入一種或幾種中間物，然後加熱到較低溫度，經歷不同的反應階段，最終將水分解成氫和氧，而中間物不消耗，可迴圈使用。熱化學迴圈分解的溫度大致為900-1200K，這是普通旋轉拋物面鏡聚光器比較容易達到的溫度，其分解水的效率在17．5％-75．5％。存在的主要問題是中間物的還原，即使按99．9％-99． 99％還原，也還要作 0.1％-0.01％的補充，這將影響氫的價格，並造成環境汙染。 4、太陽能光化學分解水制氫。這一制氫過程與上述熱化學迴圈制氫有相似之處，在水中新增某種光敏物質作催化劑，增加對Sunny中長 波光能的吸收，利用光化學反應制氫。日本有人利用碘對光的敏感性，設計了一套包括光化學、熱電反應的綜 合制氫流程，每小時可產氫97升，效率達10％左右。 5、太陽能光電化學電池分解水制氫。1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化鈦半導體電極作陽極，而以鉑黑作陰極，製成太陽能光電化學電池，在太Sunny照射下，陰極產生氫氣，陽極產生氧氣，兩電極用導線連線便有電流透過，即光電化學電池在太Sunny的照射下同時實現了分解水制氫、製氧和獲得電能。這一實驗結果引起世界各國科學家高度重視， 認為是太陽能技術上的一次突破。但是，光電化學電池制氫效率很低，僅0．4％，只能吸收太Sunny中的紫外光和近紫外光，且電極易受腐蝕，效能不穩定，所以至今尚未達到實用要求。 6、太Sunny絡合催化分解水制氫。從1972年以來，科學家發現三聯毗啶釘絡合物的激發態具有電子轉移能力，並從絡合催化電荷轉移反應，提出利用這一過程進行光解水制氫。這種絡合物是一種催化劑，它的作用是吸收光能、產生電荷分離、電荷轉移和集結，並透過一系列偶聯過程，最終使水分解為氫和氧。絡合催化分解水制氫尚不成熟，研究工作正在繼續進行。 7、生物光合作用制氫。40多年前發現綠藻在無氧條件下，經太Sunny照射可以放出氫氣；十多年前又發現，蘭綠藻等許多藻類在無氧環境中適應一段時間，在一定條件下都有光合放氫作用。目前，由於對光合作用和藻類放氫機理了解還不夠，藻類放氫的效率很低，要實現工程化產氫還有相當大的距離。據估計，如藻類光合作用產氫效率提高到10％，則每天每平方米藻類可產氫9克分子，用5萬平方公里接受的太陽能，透過光合放氫工程即可滿足美國的全部燃料需要。 太陽能-生物質能轉換 透過植物的光合作用，太陽能把二氧化碳和水合成有機物（生物質能）並放出氧氣。光合作用是地球上最大規模轉換太陽能的過程，現代人類所用燃料是遠古和當今光合作用固定的太陽能，目前，光合作用機理尚不完全清楚，能量轉換效率一般只有百分之幾，今後對其機理的研究具有重大的理論意義和實際意義。 太陽能-機械能轉換 20世紀初，俄國物理學家實驗證明光具有壓力。20年代，前蘇聯物理學家提出，利用在宇宙空間中巨大的太陽帆，在Sunny的壓力作用下可推動宇宙飛船前進，將太陽能直接轉換成機械能。科學家估計，在未來10～20年內，太陽帆設想可以實現。通常，太陽能轉換為機械能，需要透過中間過程進行間接轉換。