太阳能应用的历史是怎样的?

据史料记载,人类早在3000年前就开始利用太阳能。在西周时期(公元前11世纪),我们的祖先用凹面铜镜收集太阳光,点燃艾绒取火,即“阳取火”技术,并有官员主管阳,这是人类应用太阳能的最早记录。2000多年前的战国时期,人们就知道利用太阳能来烘干农副产品。使用向洋收集阳光并点燃。中国考古发掘出土的阳髓表明,中国利用太阳能的历史非常悠久。在浙江绍兴,1982号一座墓葬中出土了一件战国时期的四龙纹杨隋,在对一座西周墓葬进行抢救性发掘时,又出土了一件西周杨隋。西周战国时期阳岁的发掘,说明我们的祖先在两三千年前就知道如何利用太阳能,这是古代劳动人民智慧的结晶。

古希腊使用太阳能历史悠久。据说2200多年前,罗马帝国曾派遣舰队进攻地中海西西里岛东部的锡拉库扎。当时,希腊著名物理学家阿基米德也在岛上。那时候,他已经70多岁了。目前,阿基米德并没有惊慌。他动员城里所有的女人带着闪亮的铜镜来到海边。烈日下,阿基米德举起一面镜子,让它反射的阳光正好打在敌舰的船帆上。按照阿基米德的要求,女人们都把镜子反射的光投射在船帆上。不久,船着火了,罗马军队被打败了。

用冰块能获得太阳的能量吗?答案是肯定的,应用历史比较老。中国晋代张华在《博物志》中记载“将冰切成圆形,举向太阳,以艾成持其影,则得火”。然而,太阳能作为一种能源和动力使用至今才300多年。沈括在《孟茜笔谈》中对阳象的原理作了进一步的科学阐述:“阳象面部凹陷,对着阳光,光线向内,离镜子一两寸,光线聚成一点,大如麻,触到东西就上火,所以腰鼓也最小。”

人们把太阳能转化为机械能是在17世纪。现代太阳能利用的历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯发明世界上第一台太阳能发动机算起。这种发动机是一种利用太阳能加热空气并使其膨胀做功和抽水的机器。这是第一次将太阳能转化为机械能。1615 ~ 1900年,世界上研制成功了许多太阳能电站和一些其他太阳能装置,但这些电站几乎都是集中收集太阳光,发动机功率低,实用价值不大,成本高,而且大部分都是太阳能爱好者亲自研发制造的。1774年,在法国巴黎进行了一场表演,用两个透镜聚焦阳光熔化金属。

我们可能都知道红烧烤鸭和挂烤鸭,但可能不知道太阳能烤鸭。清朝末年,有人自制太阳灶,用太阳能烤鸭。据徐克的《清代大清钞》记载,19年底的光绪年间,有一位四川龚升,名叫萧开泰,是一位精通“数学”和“光学”的才子。他在北京的文同博物馆教算术,就在中日甲午战争爆发的时候。萧开泰曾向清政府建议建造一面一尺厚、八尺见方的巨大“镜子”。利用“太阳真火”,“即使在三十里之外,也不难把敌舰烧成灰烬”。但肖开泰的建议没有被采纳,反而遭到了嘲讽。萧开泰“抑郁而归蜀”,但他坚信阳光可以应用。由于这项技术不能应用于军事防御,他将其应用于日常生活。回到四川老家后,在成都开店卖烤鸭。他做了一面自己的“镜子”来点火。这种太阳能烤鸭“味道很好,就像炉子烤的一样”。因为他用免费能源加工鸭子,所以“每一个晴天的利润都是三倍”。

从1854到1874,世界上第一台太阳能蒸汽机问世。1837年,英国天文学家赫胥黎在非洲好望角探险时,把一个黑匣子埋在沙子里,匣子用双层玻璃隔热,使匣子里的温度达到116℃。他用这个简单的太阳能装置来煮饭。1872年,在智利建成了一个面积约为4682平方米的太阳能蒸馏装置。1878年,巴黎世博会展出了一台太阳能印刷机。1883年,建造了一个太阳能引擎,可以手动跟踪太阳能收集的几乎所有太阳光。自20世纪70年代以来,太阳能技术突飞猛进,太阳能的利用也不断发展。

历史的车轮已经进入21世纪,人类对太阳能的利用进入了一个新的时代。太阳能利用领域进一步扩大,太阳能利用新技术不断涌现。2008年9月25日,中国神舟七号载人飞船成功发射。在载人航天工程的七大系统中,飞船的动力系统是飞船系统的一个子系统,为飞船提供飞行动力。太阳能电池是神舟七号的动力系统组件。面板上密密麻麻布满了高效单晶硅电池,整个飞船上用了一万多个单晶硅电池组成电池阵列。航天器电能的直接来源是太阳能电池板。没有它,宇宙飞船就不能工作。电池阵列将光能转化为电能,电能源源不断地输送到飞船中的其他系统。电池阵列由电源阵列和充电阵列等几大单元组成。其中,电源阵列可以直接给飞船供电,充电阵列可以给蓄电池充电。在阴影区,蓄电池将输出储存的电能为航天器提供动力。

当航天器在轨道上时,唯一主动提供能量的子系统是太阳能电池阵列。这些面板在飞船进入轨道后展开,就像一对翅膀,保证了飞船的正常飞行。因为这些机翼在太阳角度计算仪和光敏传感器的自动调节下始终跟随太阳,所以无论飞船的飞行姿态如何变化,这些机翼都是垂直于太阳的,这样太阳光就可以直射到电池阵上,这样直射光强最高,发电效率也最高。和神舟七号一起的,还有一颗伴飞卫星。卫星的恒星结构是六面体,其中5颗粘贴了太阳能电池。研究人员选择了转换效率高的三结砷化镓太阳能电池作为基本发电单元,单个电池的平均光电转换效率达到了27%。这是我国首次将此类电池批量应用于卫星工程。小型太阳能电池为中国的航天事业做出了重要贡献。