到达地球的的太阳能为1.5×10 18 kWh/年。如果开发得当，它可以满足未来的所有能源需求。与有限的化石燃料相比，太阳能由于其无限的供应和无污染的性质，在二十一世纪作为一种可再生能源越来越有吸引力。在这篇文章中，我将向您展示什么是太阳能、利用它的不同方法、未来的范围、它的优点和缺点。
让我们从太阳能的定义开始。

什么是太阳能？

太阳以电磁波的形式向各个方向发射辐射。这种辐射具有提高材料温度、引起化学反应和发电的潜力。太阳能是我们使用各种技术捕获的来自太阳的辐射热和光，包括太阳能发电、太阳能热能（如太阳能热水）和太阳能建筑。
到达地球的阳光中有近一半是可见光，剩下的 45% 由红外辐射和少量的紫外线和其他种类的电磁辐射组成。我们可以通过两种方式直接利用太阳能：

1.通过收集辐射热并将其用于热系统。

2.通过使用光伏系统收集并立即将其转换为电能。

前者被称为“太阳能热”系统，而后者被称为“太阳能光伏”系统。

太阳能热能

太阳能每平方米的密度相对较低（1至0.1 kW/平方米）。因此，我们必须使用覆盖大面积地面的太阳能集热器来收集它。即使在世界温带阳光充足的地区，收集器也需要大约 40 平方米（430平方英尺）的表面尺寸来收集足够的能量。

在将太阳能转化为有用热量的太阳能热系统中，太阳能集热器是初始单元。太阳能集热器以热量的形式吸收太阳能。并且，然后有效地将其转移到热传输流体中。输送流体将这种热量输送到储热罐、锅炉或热交换器，以备后用。

它们收集太阳光的方式决定了它们的分类。非聚光型太阳能集热器在照射到集热器表面时吸收辐射。聚光型在吸收之前使用镜子或其他设备提高每单位面积的辐射浓度。我们可以根据用于辐射集中的程序将集中类型进一步分为焦点和非焦点类型。

太阳能炊具

烹饪、干燥和巴氏杀菌都是用太阳能炊具完成的。一个带透明盖子的绝缘容器构成了一个基本的箱式炊具。透明的盖子允许热量从落在盒子顶部的阳光传递到盒子中。绝缘防止热量从容器中逸出。结果，容器内的温度升高，食物被煮熟。

太阳能炊具的三个基本类别包括：

1.箱式炊具

2.面板炊具

3.反光锅

箱式炊具在部分多云的天空中运行良好，平均温度达到 90–150°C (194–302°F)。面板炊具与盒式炊具相似，因为它们采用反射面板将阳光直接照射到绝缘容器上。
反射器炊具使用各种聚光几何形状（碟形、槽形、菲涅耳镜）将光线聚焦在烹饪容器上。这些炊具可达到 315°C (599°F) 或更高的温度，但它们需要直射光。因此，我们必须相对于太阳的方向移动炊具。

太阳能光伏能源

太阳能电池或光伏电池将太阳光直接转化为电能。当光照射到金属和半导体（如硅）之间的结或两个单独的半导体之间的结时，它会产生一个小的电势。
当阳光照射太阳能电池时，光电效应会释放电子。由于两种不同半导体之间的电势（电压）的自然差异，电子流过外部电路，为负载供电。
单个太阳能电池通常仅产生大约 2 瓦的功率。我们可以在太阳能发电厂或通过连接大量单个电池（如太阳能电池板阵列）产生数千千瓦的电力。大多数现代太阳能电池的能源效率只有 15% 到 20%。

太阳能发电厂

聚光太阳能发电厂使用聚光或聚焦收集器将大面积的阳光聚焦到一个黑色的小型接收器上。这大大增加了光的强度并允许高温。排列良好的镜子或透镜阵列聚焦足够的阳光，将物体加热到 2000 摄氏度（3600 华氏度）或更高的温度。
然后，这些热量可以通过运行产生蒸汽的锅炉来为蒸汽涡轮发电机发电厂提供动力。可移动的镜子可以设置为将大量的太阳辐射集中到变黑的管道上，水通过这些管道被泵送，因此被加热以直接产生蒸汽。

太阳能的优势

太阳能提供了无数的好处，例如：

1.太阳能是一种可再生的清洁能源。

2.安装太阳能电池板后，太阳能的生产几乎是免费的。

3.太阳能将无限期地持续下去，而世界的石油供应可能会在 30 到 40 年后耗尽。

4.不污染环境。

5.太阳能电池根本不会产生任何噪音。另一方面，用于泵油的大型设备噪音极大，因此不切实际。

太阳能的缺点

太阳能有一些我们不能忽视的缺点。他们是：

1.太阳能电池板的安装成本很高，因此需要很长时间才能节省能源费用以匹配早期投资。

2.发电完全取决于一个国家对阳光的照射，这取决于该国的气候和位置。

3.太阳能发电厂不会产生与同等规模的传统发电厂相同的能量。

4.太阳能被用来给电池充电，让太阳能小工具可以在晚上使用。电池又大又重，占用空间，需要定期更换。

5.最后，太阳能电池板需要大量维护，因为它们易碎且容易损坏。

尽管有这些缺点，太阳能的未来看起来很光明。让我们先睹为快。

太阳能的未来

预计硅太阳能电池价格将继续下降，并在不久的将来大量安装。预计到 2050 年，这些成本降低将使美国的太阳能发电量至少提高700%。同时，将继续开发更高效、更便宜的新型太阳能电池设计。
我们预计，未来几年我们的太阳能农场和屋顶会出现硅替代品，有助于提供清洁和可持续的能源。增加的大容量太阳能电池制造和使太阳能电池更便宜、更高效的新技术将继续推动这些进步。

结论

如果利用得当，太阳能可以大大减少我们对化石燃料的依赖，并帮助我们实现碳中和。它是一种绿色无污染的可再生能源，可以满足子孙后代的所有能源需求。让我们转向太阳能并走向绿色。