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你,相信光吗?

常驻编辑 热门事件 2022-10-20

今天又是周五啦

你知道中国人最早是怎么生火的吗?

人类又是怎样开发太阳能的?

让你了解光与电的渊源

今天,普普为大家带来这本好书,与大家共同探索光伏新能源与碳中和的紧密联系!

2020年,中国政府提出2030年碳达峰,2060年实现碳中和的目标。国务院政府工作报告进一步指出,要优化产业结构和能源结构,扎实做好碳中和各项工作。光伏是碳中和第一主角,《未来:碳中和与人类能源第一主角》一书指出,如果中国光伏良性发展,“双碳”目标有望提前5-10年完成!人类利用太阳之路、中国光伏逆袭之路、未来各产业光伏+之路……书中都有精彩呈现。

《淮南子》详细地描述道:“阳燧,金也。取金盂无缘者,执日高三四丈时,以向,持燥艾承之寸余,有顷焦之,吹之则燃,得火。”这是迄今为止,人类最早使用太阳能的记录。

之后,中国人又于公元前7世纪开创了太阳能建筑的先河:在建筑房屋时,遵循坐北朝南的走向,以利用阳光,让房屋冬季接收太阳的光热以保暖,夏季则利用屋顶屋檐挡住正午阳光的照射,以降低室内温度。

遥远的古希腊也记载了一则利用太阳能的故事。相传阿基米德曾在一次战争中,使用许多平面镜聚集太阳光,然后将光照在敌人的战船上,使敌人的战船燃起熊熊大火,从而帮助城邦赢得战争的胜利。

《淮南子》与阿基米德的故事都是人类早期利用太阳能的方式。

文艺复兴时期,达•芬奇设计了一面长达6.4千米的镜子,用以加热工厂的锅炉,虽然最后因为工程难度太大迟迟没有建设完毕,但也推动了人类利用太阳能的进程。

1837年,天文学家赫胥在去非洲好望角的探险途中,将一个黑箱埋入沙土中,再用双层玻璃将其套住,通过吸收阳光做饭。据说箱内温度竟高达100多度。这是人类首次使用太阳炉的案例。

1874年,法国数学老师奥古斯丁•穆肖(Augustin Mouchot)建造了世界上第一台太阳能蒸汽机。他利用 2.4 米高的锥形镜面将太阳的能量聚焦至一台锅炉上。这一能量可以驱动一台 0.5 马力的发动机。

当时,法国物理学家埃德蒙•贝克勒尔(Edmond Becquerel)在一次实验中意外地发现,当光照射到浸入溶液的金属片上时,金属片两端会产生电压。但是,他尚不能解释这一现象的原因。

10年后,阿尔弗莱德•史密斯(Alfred Smith)在伦敦创造了“光伏效应”一词。“把电流置于强光之下时, 电流表的指针瞬间转动了 ;这说明光线产生了伏打电流,我因此将其称为光伏电流。” “光伏太阳能”正源于此。

1879年,建造了第一台太阳能蒸汽机的穆肖,又发现了将太阳辐射转化为电能的途径:他通过反射阳光来加热焊接在一起的两种金属的结点,从而产生了电流。

他利用这种电流分解出了水的组成要素——氧和氢,并且把氢储存起来作为燃料。他不仅观察到了光转化为电的现象,而且利用太阳能产生的电制出了氢气。他预言了太阳能未来可能存在的三种方式 :驱动热机、发电和生产便携式燃料。

正当穆肖由于没有获得经济效益而选择放弃相关研究时,英国人和美国人接过了接力棒。1879年,英国工程师威洛比•史密斯(Willoughby Smith)发现,在阳光的照射下硒的导电性将会更强。

1883年,美国发明家查尔斯•弗里茨(Charles Fritts)利用硒制造出了世界上第一块太阳能电池,并将其安装在屋顶上。弗里茨坚信这是一项具有革命意义的发明,太阳能电池一定会在人类能源中占据一席之地。

今天来看,弗里茨的判断完全是正确的。但在当时,光如何转化为电仍旧是一个未解之谜。

直到20世纪初,著名物理学家爱因斯坦终于揭开了“光电效应”的秘密。爱因斯坦发现,看似无形的光实际上是由无数微小的光子组成的,光子的能量使得金属或半导体内的电子脱离正常轨道,产生了可以自由移动的电子,这时在金属上接入两极,给予电子一个固定的移动方向,就会产生电流。

光转化为电的魔法终于被揭开,爱因斯坦提出的光电效应也得到了实验结果的支撑。

但在随后的半个世纪中,太阳能电池的发展却长期裹足不前。

究其原因,转换效率是关键。当时,硒电池的转换效率仅为0.5%,根本不具备应用基础。提高转换效率是破题的关键。

此后,发明家、科学家都进行了无数的试验,但最终都无功而返。直到一种新材料投入应用,才最终打破了太阳能转换效率的桎梏。

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