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太阳是个核聚变的大火球,每秒使用5亿吨的氢原子参与聚变,其中有400万吨的物质转化成能量,相当于一秒钟内同时爆炸910亿颗100万吨级的氢弹。每分钟所释放的热量则相当于1.3亿亿吨煤燃烧时释放的热量。一秒内太阳的能量都集中到地球3秒地球水全无。
好在太阳距离地球很远,地球获得的能量只是太阳辐射的所有能量的二十二亿分之一。不过这个数量也是巨大的,太阳能资源每年达到地球约88.5亿亿千瓦时,大概是目前全球年能源消耗总量的5000倍。这么多的能量人类要是都能用起来,那能源危机就彻底解决了。
理论上说地球上除了核能、潮汐能和地热能,剩下所有能源都是太阳赋予的:煤炭石油是百万年前的太阳能,而风能、水能、太阳能是实时的太阳能。直接用太阳能的莫过于光伏效应和光热效应了,而目前最有开发潜力的是光伏发电。据国际能源署IEA预测,2050年可能全球电能的16%来自于光伏发电,11%来自于光热发电,太阳能发电共提供了全球27%的电能。
既然要开发太阳能资源,就要先测算有多少可以利用。一般人们利用太阳能都是地面的太阳能,太阳能的多少有两个要素:一是阳光是直射还是斜射,同样一束光柱,直射到的面积必然小于斜射面积,所以直射表面单位面积的太阳能也必然大于斜射表面的太阳能;另一个因素是大气的散射作用,大气中的颗粒越多,散射越强,达到地面的太阳能就越少,北京的这种雾霾天是不要想有什么太阳能的,另外聚光光伏的效率高到30%多的一个因素就是他可以利用直射和散射的所有光线。
一般在太阳直射的情况下,地球上1平米的地方接受的辐射量是1kW,地球上所有地方一年的光照时间都是4380小时,一年8760小时的一半,也就是一个地方最多一年接受4380kWh的太阳能。不过因为太阳高度角或者说直射和斜射的差异,纬度低的地方一般比纬度高的地方接受的太阳能辐射更多。一般1500kWh/m2/y以上的辐射量就算资源比较好的地区了。下图是全球资源分布。
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