太陽熱能

太陽是距離地球最近的一顆恆星，也是太陽系中唯一的發光天體，它帶給地球光和熱，是地球上一切生命的根源。太陽是以光輻射的方式把能量輸送到地球表面上來的。太陽能屬於可再生綠色能源，是“用之不竭”的能源，白天在標準太陽光照條件下，發電效率為10%，則整個地球表面上每年可獲得的太陽能發電量為114×1015 kWh，大約相當於當今世界能耗總量的100倍。

基本介紹

• 中文名：太陽熱能
• 外文名：Solar thermal energy
• 簡稱：太陽能
• 來源：太陽光的輻射能量
• 原理：“氫”聚變成“氦”的原子核反應
• 利用方式：光熱轉換，光電轉換
• 優點：可再生、能量大、普及
• 類別：開發中的新能源

簡介

太陽內部的這種核聚變反應，可以維持幾十億至上百億年的時間。太陽向宇宙空間發射的輻射功率為3.8x10^23kW的輻射值，其中20億分之一到達地球大氣層。到達地球大氣層的太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層吸收，其餘的到達地球表面，其功率為800000億kW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當於燃燒500萬噸煤釋放的熱量。平均在大氣外每平米麵積每分鐘接受的能量大約1367w。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。狹義的太陽能則限於太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。

獲取太陽熱能研究

太陽還有一種能量---熱能。熱能最大好處可用保溫技術來儲備能量。現代的太陽熱能科技將陽光聚合，並運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當的科技來收集太陽能外，建築物亦可利用太陽的光和熱能，方法是在設計時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建築材料。

美國能源信息管理局將太陽能集熱器進行分類為低，中，高溫集熱器。低溫集熱器的平板一般用於加熱游泳池。中等溫集熱也通常是平板，但用於製造熱水或空間供暖，作為住宅及商業用途。高溫集熱器利用反射鏡或透鏡聚集太陽光，一般用於生產電力。太陽熱能不同於光伏發電，轉換效率遠遠超過太陽光能直接轉化為電能。雖然在2009年10月全球現有的發電設施，只提供600佰萬瓦（MW）太陽能熱發電。一個額外的400佰萬瓦（MW）的工廠正在建設中，總計14,000佰萬瓦（MW）聚光太陽能發電項目也正在開發當中。

歷史

古人很早就知道利用陽光為住宅採暖，但效果卻有限，因為大量的熱又從窗戶中散失了。公元50年，羅馬人開始在窗

反射鏡集中太陽光發電

反射鏡集中太陽光發電

戶上安裝玻璃，通過我們今天所謂的溫室效應把熱能更多更長久地留在室內，既用於供暖，也用於產出水果和蔬菜。之後，太陽熱能的利用隨著羅馬帝國的式微而衰落，又在十七世紀的北歐得以重生。

據記載，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補充能源”，“未來能源結構的基礎”，則是近來的事。20世紀70年代以來，太陽能科技突飛猛進，太陽能利用日新月異。近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發明第一台太陽能驅動的發動機算起。該發明是一台利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機器。在1615年～1900年之間，世界上又研製成多台太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動力裝置幾乎全部採用聚光方式採集陽光，發動機功率不大，工質主要是水蒸汽，價格昂貴，實用價值不大，大部分為太陽能愛好者個人研究製造。20世紀的100年間，太陽能科技發展歷史大體可分為七個階段。

第一階段

(1900~1920年)

在這一階段，世界上太陽能研究的重點仍是太陽能動力裝置，但採用的聚光方式多樣化，且開始採用平板集熱器和低沸點工質，裝置逐漸擴大，最大輸出功率達73.64kW，實用目的比較明確，造價仍然很高。建造的典型裝置有：1901年，在美國加州建成一台太陽能抽水裝置，採用截頭圓錐聚光器，功率：7.36kW；1902 ~1908年，在美國建造了五套雙循環太陽能發動機，採用平板集熱器和低沸點工質；1913年，在埃及開羅以南建成一台由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵，每個長62.5m，寬4m，總採光面積達1250m2。

第二階段

（1920~1945年）

在這20多年中，太陽能研究工作處於低潮，參加研究工作的人數和研究項目大為減少，其原因與礦物燃料的大量開發利用和發生第二次世界大戰（1935~1945年）有關，而太陽能又不能解決當時對能源的急需，因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。

第三階段

（1945~1965年）

在第二次世界大戰結束後的20年中，一些有遠見的人士已經注意到石油和天然氣資源正在迅速減少， 呼籲人們重視這一問題，從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復和開展，並且成立太陽能學術組織，舉辦學術交流和展覽會，再次興起太陽能研究熱潮。 在這一階段，太陽能研究工作取得一些重大進展，比較突出的有：

1945年，美國貝爾實驗室研製成實用型矽太陽電池，為光伏發電大規模套用奠定了基礎；

1955年，以色列泰伯等在第一次國際太陽熱科學會議上提出選擇性塗層的基礎理論，並研製成實用的黑鎳等選擇性塗層，為高效集熱器的發展創造了條件。

在這一階段里還有其它一些重要成果，比較突出的有：

1952年，法國國家研究中心在庇里牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐。

1960年，在美國佛羅里達建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調系統，製冷能力為5冷噸。

1961年，一台帶有石英窗的斯特林發動機問世。在這一階段里，加強了太陽能基礎理論和基礎材料的研究，取得了如太陽選擇性塗層和矽太陽電池等技術上的重大突破。平板集熱器有了很大的發展，技術上逐漸成熟。太陽能吸收式空調的研究取得進展，建成一批實驗性太陽房。對難度較大的斯特林發動機和塔式太陽能熱發電技術進行了初步研究。

第四階段

(1965~1973年）

這一階段，太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術處於成長階段，尚不成熟，並且投資大，效果不理想，難以與常規能源競爭，因而得不到公眾、企業和政府的重視和支持。

第五階段

（1973~1980年）

自從石油在世界能源結構中擔當主角之後，石油就成了左右經濟和決定一個國家生死存亡、發展和衰退的關鍵因素，1973年10月爆發中東戰爭，石油輸出國組織採取石油減產、提價等辦法，支持中東人民的鬥爭，維護本國的利益。其結果是使那些依靠從中東地區大量進口廉價石油的國家，在經濟上遭到沉重打擊。 於是，西方一些人驚呼：世界發生了“能源危機”（有的稱“石油危機”）。這次“危機”在客觀上使人們認識到：現有的能源結構必須徹底改變，應加速向未來能源結構過渡。從而使許多國家，尤其是工業已開發國家，重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術發展的支持，在世界上再次興起了開發利用太陽能熱潮。1973年，美國制定了政府級陽光發電計畫，太陽能研究經費大幅度增長，並且成立太陽能開發銀行，促進太陽能產品的商業化。日本在1974年公布了政府制定的“陽光計畫”，其中太陽能的研究開發項目有：太陽房 、工業太陽能系統、太陽熱發電、太陽電池生產系統、分散型和大型光伏發電系統等。為實施這一計畫，日本政府投入了大量人力、物力和財力。70年代初世界上出現的開發利用太陽能熱潮，對我國也產生了巨大影響。一些有遠見的科技人員，紛紛投身太陽能事業，積極向政府有關部門提建議，出書辦刊，介紹國際上太陽能利用動態；在農村推廣套用太陽灶 ，在城市研製開發太陽能熱水器，空間用的太陽電池開始在地面套用。 我國也興起了開發利用太陽能的熱潮。 這一時期，太陽能開發利用工作處於前所未有的大發展時期，具有以下特點：

各國加強了太陽能研究工作的計畫性，不少國家制定了近期和遠期陽光計畫。開發利用太陽能成為政府行為，支持力度大大加強。國際間的合作十分活躍，一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發利用工作。

研究領域不斷擴大，研究工作日益深入，取得一批較大成果，如CPC、真空集熱管、非晶矽太陽電池、 光解水制氫、太陽能熱發電等。

各國制定的太陽能發展計畫，普遍存在要求過高、過急問題，對實施過程中的困難估計不足，希望在較短的時間內取代礦物能源，實現大規模利用太陽能。

第六階段

（1980~1992年）

70年代興起的開發利用太陽能熱潮，進入80年代後不久開始落潮，逐漸進入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經費，其中美國最為突出。導致這種現象的主要原因是：世界石油價格大幅度回落，而太陽能產品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能技術沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標沒有實現，以致動搖了一些人開發利用太陽能的信心；核電發展較快，對太陽能的發展起到了一定的抑制作用。 受80年代國際上太陽能低落的影響，我國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太陽能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認為太陽能是未來能源，主張外國研究成功後我國引進技術。雖然，持這種觀點的人是少數，但十分有害，對我國太陽能事業的發展造成不良影響。這一階段，雖然太陽能開發研究經費大幅度削減，但研究工作並未中斷，有的項目還進展較大，而且促使 人們認真地去審視以往的計畫和制定的目標，調整研究工作重點，爭取以較少的投入取得較大的成果。

第七階段

（1992年~至今）

由於大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環境污染和生態破壞，對人類的生存和發展構成威脅。在這樣背景下，1992年聯合國在巴西召開“世界環境與發展大會”，會議通過了《里約熱內盧環境與發展宣言》， 《21世紀議程》和《聯合國氣候變化框架公約》等一系列重要檔案，把環境與發展納入統一的框架，確立了 可持續發展的模式。這次會議之後，世界各國加強了清潔能源技術的開發，將利用太陽能與環境保護結合在 一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強。世界環發大會之後，我國政府對環境與發展十分重視，提出10條對策和措施，明確要“因地制宜地開發和推廣太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質能等清潔能源”，制定了《中國21世紀議程》，進一步明確 了太陽能重點發展項目。

其特點是：太陽能利用與世界可持續發展和環境保護緊密結合，全球共同行動，為實現世界太陽能發展戰略而努力；太陽能發展目標明確，重點突出，措施得力，有利於克服以往忽冷忽熱、過熱過急的弊端，保證太陽能事業的長期發展；在加大太陽能研究開發力度的同時，注意科技成果轉化為生產力，發展太陽能產業，加速商業化進程，擴大太陽能利用領域和規模，經濟效益逐漸提高；國際太陽能領域的合作空前活躍，規模擴大，效果明顯。通過以上回顧可知，在本世紀100年間太陽能發展道路並不平坦，一般每次高潮期後都會出現低潮期，處於低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對其認識差別大，反覆多，發展時間長。

這一方面說明太陽能開發難度大，短時間內很難實現大規模利用；

另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應，政治和戰爭等因素的影響，發展道路比較曲折。儘管如此，從總體來看，20世紀取得的太陽能科技進步仍比以往任何一個世紀都大。

人類對太陽能的利用有著悠久的歷史。我國早在兩千多年前的戰國時期，就知道利用鋼製四面鏡聚焦太陽光來點火；利用太陽能來乾燥農副產品。發展到現代，太陽能的利用已日益廣泛，它包括太陽能的光熱利用，太陽能的光電利用和太陽能的光化學利用等。太陽能的利用有光化學反應,被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源利用方式。

熱量

太陽向四周輻射大量的光和熱，輻射到地球大氣層表面的熱量每分鐘1平方厘米約8.23焦耳，地球每分鐘接受的太陽輻射熱只有總量的22億分之一。差不多等於燃燒500萬噸煤所發出的熱量。太陽的光和熱是太陽內部原子核聚變反應產生的，由四個氫原子核合成一個氦原子核的聚變反應，是在太陽核心進行的。太陽為了產生這樣多的光和熱，每秒鐘大約要消耗400萬噸物質，從整個太陽質量來說是微乎其微的。

原理

太陽能是太陽內部或者表面的黑子連續不斷的核聚變反應過程產生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強度為1367w/㎡。地球赤道的周長為40000km，從而可計算出，地球獲得的能量可達173000TW。在海平面上的標準峰值強度為1kw/m2，地球表面某一點24h的年平均輻射強度為0.20kw/㎡，相當於有102000TW 的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地熱能資源除外），雖然太陽能資源總量相當於現在人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。

儘管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一，但已高達173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射

到地球上的能量就相當於500萬噸煤。地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能以及部分潮汐能都是來源於太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的範圍非常大，狹義的太陽能則限於太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。

太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環境無任何污染。為人類創造了一種新的生活形態，使社會及人類進入一個節約能源減少污染的時代。

資源

在我國，西藏西部太陽能資源最豐富，最高達2333 KWh/㎡ （日輻射量6.4KWh/㎡ ），居世界第二位，僅次於撒哈拉大沙漠。

根據各地接受太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為五類地區。

一類地區

為我國太陽能資源最豐富的地區，年太陽輻射總量6680～8400 MJ/㎡，相當於日輻射量5.1～6.4KWh/㎡。這些地區包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最為豐富，最高達2333 KWh/㎡（日輻射量6.4KWh/㎡），居世界第二位，僅次於撒哈拉大沙漠。

二類地區

為我國太陽能資源較豐富地區，年太陽輻射總量為5850-6680 MJ/m2，相當於日輻射量4.5～5.1KWh/㎡。這些地區包括河北西北部、山西北部、內蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。

三類地區

為我國太陽能資源中等類型地區，年太陽輻射總量為5000-5850 MJ/m2，相當於日輻射量3.8～4.5KWh/㎡。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、雲南、陝西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、台灣西南部等地。

四類地區

是我國太陽能資源較差地區，年太陽輻射總量4200～5000 MJ/㎡，相當於日輻射量3.2～3.8KWh/㎡。這些地區包括湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陝西南部、江蘇北部、安徽南部以及黑龍江、台灣東北部等地。

五類地區 　主要包括四川、貴州兩省，是我國太陽能資源最少的地區，年太陽輻射總量3350～4200 MJ/㎡，相當於日輻射量只有2.5～3.2KWh/㎡。

太陽能輻射數據可以從縣級氣象台站取得，也可以從國家氣象局取得。從氣象局取得的數據是水平面的輻射數據，包括：水平面總輻射，水平面直接輻射和水平面散射輻射。

從全國來看，我國是太陽能資源相當豐富的國家，絕大多數地區年平均日輻射量在4 kWh/㎡以上，西藏最高達7 kWh/㎡。

技術開發

由於集聚太陽熱能製作熱水的熱水器出台，人們開始積極利用太陽熱能。迄今為止的技術開發表明，自然循環形、進而高性能強制循環形的太陽能系統已被開發，用途也從供熱擴展到暖氣與冷氣。太陽熱能利用機器的能源變換效率較高，在新能源中其設備費用也比較低廉，在費用效果比方面也很好。另外，通過迄今為止的研究開發，機器的性能與耐久性等在世界上也達到了較高的水準。具體而言，構成太陽熱能利用系統的主要機器，有高效集聚太陽熱能的集熱器，將集熱長時間蓄積的蓄熱槽，熱損耗低、效率高的輸熱配管等熱運輸系統，高效率利用熱能的熱變換器及絕熱材料等。另外，作為太陽熱能利用系統的形態，有冷暖氣、供熱系統、產業用太陽能系統，太陽熱能發電系統，熱、電氣複合太陽能系統，為了更積極地利用、擴展太陽熱能，還開發出許多將太陽熱能利用於各種領域的技術。

太陽能熱水器

利弊

優點

普遍

太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發和利用，且勿須開採和運輸。

無害

開發利用太陽能不會污染環境，它是最清潔的能源之一，在環境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。

巨大

每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當於130萬億t標煤，其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。?

長久

根據目前太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。

缺點

分散性

到達地球表面的太陽輻射的總量儘管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時太陽輻射的輻照度最大，在垂直於太陽光方向1平方米麵積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉換設備，造價較高。

不穩定性

由於受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、雲、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模套用增加了難度。為了使太陽能成為連續、穩定的能源，從而最終成為能夠與常規能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能儘量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環節之一。

效率低和成本高

太陽能利用的發展水平，有些方面在理論上是可行的，技術上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低，成本較高，總的來說，經濟性還不能與常規能源相競爭。在今後相當一段時期內，太陽能利用的進一步發展，主要受到經濟性的制約。

利用方式

太陽能利用基本方式可以分為如下4大類。

光熱利用

它的基本原來是將太陽輻射能收集起來，通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。使用最多的太陽能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。通常根據所能達到的溫度和用途的不同，而把太陽能光熱利用分為低溫利用（800℃）。低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能幹燥器、太陽能蒸餾器、太陽房、太陽能溫室、太陽能空調製冷系統等，中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發電聚光集熱裝置等，高溫利用主要有高溫太陽爐等。

太陽能路燈

太陽能發電

未來太陽能的大規模利用是用來發電。利用太陽能發電的方式有多種。已實用的主要有以下兩種。

1、光—熱—電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然後由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前一過程為光—熱轉換，後一過程為熱—電轉換。

2、光—電轉換。其基本原理是利用光生伏打效應將太陽輻射能直接轉換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。

光化利用

這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學轉換方式。

光生物利用

通過植物的光合作用來實現將太陽能轉換成為生物質的過程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。

太陽能利用中的經濟問題：

第一，世界上越來越多的國家認識到一個能夠持續發展的社會應該是一個既能滿足社會需要，而又不危及後代人前途的社會。因此，儘可能多地用潔淨能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設應該遵循的原則。隨著能源形式的變化，常規能源的貯量日益下降，其價格必然上漲，而控制環境污染也必須增大投資。

第二，我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，煤炭約占商品能源消費結構的76%，已成為我國大氣污染的主要來源。大力開發新能源和可再生能源的利用技術將成為減少環境污染的重要措施。能源問題是世界性的，向新能源過渡的時期遲早要到來。從長遠看，太陽能利用技術和裝置的大量套用，也必然可以制約礦物能源價格的上漲。

聚合太陽能發電

集熱式太陽能（Solar Thermal）。原理是將鏡子反射的太陽光，聚焦在一條叫接收器的玻璃管上，而該中空的玻璃管可以讓油流過。從鏡子反映的太陽光會令管子內的油升溫，產生蒸氣，再由蒸氣推動渦輪機發電。

太陽熱能發電廠利用太陽輻射將流體加熱到非常高的溫度。加熱後的高溫流體在管道內循環，並將熱量傳給水，從而產生高溫蒸氣。高溫蒸氣繼而推動渦輪機，並透過連線的發電機發電。

碟式聚熱發電

碟式太陽能聚熱發電系統中已知具有最高效率的熱機是斯特林引擎。在高規模化生產和炎熱地區被預測為能夠產生所有可再生能源中最便宜的能量。

碟式太陽能聚熱發電系統的主要組成部分包括太陽能聚焦器和能量轉換器。太陽能聚焦器（或碟）採集來自太陽的能量並聚焦到很小的面積上。碟狀結構可以持續追蹤太陽。能量轉化器包括兩個部分，即熱能接收器和引擎/發電機。熱能接收器可以吸收聚焦後的太陽光之中的能量，將其轉化為熱能，並儲存在熱空氣或熱水之中，然後再將熱量輸送到引擎/發電機。引擎/發電機子系統利用熱能接收器採集的熱能來發電。

塔式聚熱發電

集中太陽光線加熱到元件上的斯特林發動機。整個裝置作為一個太陽能跟蹤器。

此類技術利用一整個陣列的追蹤太陽的鏡子（定日鏡）以聚集陽光到一個中央接收器。這個接收器被固定在一個塔頂上。接收器內部的熱傳導流體可以用來產生蒸汽，以推動傳統渦輪發電機發電。於八十年代開發的塔式太陽能聚熱發電系統，利用蒸汽作為熱傳導流體。而新型的系統則利用熔化的硝酸鹽作為熱傳導流體，主要是因為這種流體超卓的熱容量和傳熱能力。

槽式聚熱發電

拋物型槽電廠使用鏡像的彎曲，利用太陽輻射到玻璃管中的流體（也稱為接收器，吸收器或收集器）運行槽的長度，反射器的焦點定位在槽。沿一軸槽是拋物線和線性正交軸。接收機垂直於太陽的每日位置的變化，在槽東向西傾斜，從而使接收器上的直接輻射仍然集中。然而，在陽光平行的槽中角度的季節變化而並不需要調整反射鏡，由於光接收器上的其他地方進行簡單的集中。因此，槽的設計不需要跟蹤的第二軸線上。

集中太陽光線加熱到元件上的斯特林發動機

太陽能製冷

除了加熱以外，太陽輻射中的熱量還可以用來製冷。利用太陽能熱水系統和吸收式制冷機或吸附式制冷機，可以實現太陽能製冷。

利用典例

人類直接利用太陽能還處於初級階段，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統、太陽能暖房、太陽能發電等方式。

太陽能集熱器

太陽能熱水器裝置通常包括太陽能集熱器、儲水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要熱交換器和膨脹槽以及

太陽能熱水器

發電裝置以備電廠不能供電之需 。太陽能集熱器(solar collector)在太陽能熱系統中，接受太陽輻射並向傳熱工質傳遞熱量的裝置。按傳熱工質可分為液體集熱器和空氣集熱器。按採光方式可分為聚光型和聚光型集熱器兩種。另外還有一種真空集熱器:一個好的太陽能集熱器應該能用20～30年。自從大約1980年以來所製作的集熱器更應維持40～50年且很少進行維修。

太陽能熱水器太陽能熱水器熱水器中，用於吸收太陽能的部分稱為集熱器，使其可以比普通的“玻璃——建築”構件組合吸收更多，同時散失急劇減少。熱水器中儲存能量的物質是水——熱容大而易流動，可以高效率地儲存能量並方便地輸送到需要的部位。於是，更多能夠有效利用的熱能得以在建築中流淌。更兼最近太陽能集熱器已不局限於屋面，牆面、遮陽板、陽台欄板，都是可以生根的部位，從而使聚集的有效熱能較之前多出數倍。其中，只需很少一部分即可滿足洗浴熱水需求，而大部分熱水，可以通過在一種稱為“輻射採暖地板”的系統中循環，在冬季多晴好天氣的地區為建築供暖。這種用途，充分消化了建築太陽能熱水系統的“產能”，使太陽熱能可以得到比通過前述的被動技術更加高效地利用。

太陽能熱水系統

最廣泛的太陽能套用即用於將水加熱，現今全世界已有數百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統主要元件包括收集器、儲存裝置及循環管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應無日照時使用，另外尚可能有強制循環用的水，以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負載的管路等。依循環方式太陽能熱水系統可分兩種：

自然循環式

此種型式的儲存箱置於收集器上方。水在收集器中接受太陽輻射的加熱，溫度上升，造成收集器及儲水箱中水溫不同而產生密度差，因此引起浮力，此一熱虹吸現像，促使水在除水箱及收集器中自然流動。由與密度差的關係，水流量於收集器的太陽能吸收量成正比。此種型式因不需循環水，維護甚為簡單，故已被廣泛採用。

強制循環式

熱水系統用水使水在收集器與儲水箱之間循環。當收集器頂端水溫高於儲水箱底部水溫若干度時，控制裝置將啟動水使水流動。水入口處設有止回閥以防止夜間水由收集器逆流，引起熱損失。由此種型式的熱水系統的流量可得知（因來自水的流量可知），容易預測性能，亦可推算於若干時間內的加熱水量。如在同樣設計條件下，其較自然循環方式具有可以獲得較高水溫的長處，但因其必須利用水，故有水電力、維護（如漏水等）以及控制裝置時動時停，容易損壞水等問題存在。因此，除大型熱水系統或需要較高水溫的情形，才選擇強制循環式，一般大多用自然循環式熱水器。

暖房

利用太陽能作房間冬天暖房之用，在許多寒冷地區已使用多年。因寒帶地區冬季氣溫甚低，室內必須有暖氣設備，若欲節省大量化石能源的消耗，設法套用太陽輻射熱。大多數太陽能暖房使用熱水系統，亦有使用熱空氣系統。太陽能暖房系統是由太陽能收集器、熱儲存裝置、輔助能源系統，及室內暖房風扇系統所組成，其過程乃太陽輻射熱傳導，經收集器內的工作流體將熱能儲存，再供熱至房間。至輔助熱源則可裝置在儲熱裝置內、直接裝設在房間內或裝設於儲存裝置及房間之間等不同設計。當然亦可不用儲熱雙置而直接將熱能用到暖房的直接式暖房設計，或者將太陽能直接用於熱電或光電方式發電，再加熱房間，或透過冷暖房的熱裝置方式供作暖房使用。最常用的暖房系統為太陽能熱水裝置，其將熱水通至儲熱裝置之中（固體、液體或相變化的儲熱系統），然後利用風扇將室內或室外空氣驅動至此儲熱裝置中吸熱，再把此熱空氣傳送至室內；或利用另一種液體流至儲熱裝置中吸熱，當熱流體流至室內，在利用風扇吹送被加熱空氣至室內，而達到暖房效果。

太陽能路燈

太陽能路燈太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規電

太陽能路燈

能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點，因此受到人們的廣泛關注，又因其不污染環境，而被稱為綠色環保產品。太陽能路燈即可用於城鎮公園、道路、草坪的照明，又可用於人口分布密度較小，交通不便經濟不發達、缺乏常規燃料，難以用常規能源發電，但太陽能資源豐富的地區，以解決這些地區人們的家用照明問題。

太陽能發電

即直接將太陽能轉變成電能，並將電能存儲在電容器中，以備需要時使用。

太陽能離網發電系統

太陽能離網發電系統包括1、太陽能控制器(光伏控制器和風光互補控制器)對所發的電能進行調節和控制，一方面把調整後的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多餘的能量送往蓄電池組儲存，當所發的電不能滿足負載需要時，太陽能控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電後，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，太陽能控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。控制器的性能不好時，對蓄電池的使用壽命影響很大，並最終影響系統的可靠性。2、太陽能蓄電池組的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。3、太陽能逆變器負責把直流電轉換為交流電，供交流負荷使用。太陽能逆變器是光伏風力發電系統的核心部件。由於使用地區相對落後、偏僻，維護困難，為了提高光伏風力發電系統的整體性能，保證電站的長期穩定運行，對逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由於新能源發電成本較高，太陽能逆變器的高效運行也顯得非常重要。

太陽能離網發電系統主要產品分類 A、光伏組件 B、風機 C、控制器 D、蓄電池組 E、逆變器 F、風力/光伏發電控制與逆變器一體化電源。

太陽能併網發電系統

可再生能源併網發電系統是將光伏陣列、風力機以及燃料電池等產生的可再生能源不經過蓄電池儲能，通過併網逆變器直接反向饋入電網的發電系統。

直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發出的電力，減小能量損耗，降低系統成本。併網發電系統能夠並行使用市電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統的負載缺電率。同時，可再生能源併網系統可以對公用電網起到調峰作用。併網發電系統是太陽能風力發電的發展方向，代表了21世紀最具吸引力的能源利用技術。

太陽能併網發電系統主要產品分類 A、光伏併網逆變器 B、小型風力機併網逆變器 C、大型風機變流器 （雙饋變流器，全功率變流器）。

發展

華東師範大學科研人員利用納米材料在實驗室中成功“再造”葉綠體，以極其低廉的成本實現光能發電。

葉綠體是植物進行光合作用的場所，能有效將太陽光轉化成化學能。此次課題組並非在植物體外“拷貝”了一個葉綠體，而是研製出一種與葉綠體結構相似的新型電池———染料敏化太陽能電池，嘗試將光能轉化成電能。在上海市納米專項基金的支持下，經過3年多實驗與探索，這塊仿生太陽能電池的光電轉化效率已超過10%，接近11%的世界最高水平。

作為第三代太陽能電池，染料敏化電池的最大吸引力在於廉價的原材料和簡單的製作工藝。據估算，染料敏化電池的成本僅相當於矽電池板的1/10。同時，它對光照條件要求不高，即便在陽光不太充足的室內，其光電轉化率也不會受到太大影響。另外，它還有許多有趣用途。比如，用塑膠替代玻璃“夾板”，就能製成可彎曲的柔性電池；將它做成顯示器，就可一邊發電，一邊發光，實現能源自給自足。

太陽能是一種潔淨和可持續產生的能源，發展太陽能科技可減少在發電過程中使用礦物燃料，從而減輕空氣污染及全球暖化的問題。使用太陽電池，通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能，使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水，並利用熱水發電，利用太陽能進行海水淡化。現在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發電還存在成本高、轉換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛星提供能源方面得到了套用。