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太陽具有的能量
16．3 太陽能
如圖16-2太陽是一個(gè)大“火球”，它的能量是從何而來的呢？地球上的物體在太陽的照射下繁衍生息，自然界有利用太陽能的實(shí)例嗎？ 智 能 提 要
問：太陽能有哪些優(yōu)點(diǎn)？
答：太陽能的主要優(yōu)點(diǎn)：十分巨大，供應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)久，分布廣闊，獲取方便，使用安全，無污染等．
問：人類直接利用太陽能有哪些途徑？
答：人類直接利用太陽能有兩條途徑：一是把太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能以供利用；二是通過光電轉(zhuǎn)換裝置把太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，但太陽能轉(zhuǎn)換效率低，太陽能雖然巨大，但太分散，由于地球自轉(zhuǎn)、氣候、季節(jié)等因素太陽能功率變化大，
不穩(wěn)定，這些都給廣泛利用太陽能帶來困難，只要我們不斷努力，太陽能的直接利用將會(huì)不斷 有新的進(jìn)展，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用也將越來越廣泛．太陽能將會(huì)成為人類的重要能源之一．
問：為什么說，太陽能是人類未來的理想能源？
答：由于煤炭、石油等資源日益減少，利用這些資源又對(duì)環(huán)境造成污染，因此人們十分重視對(duì)太陽能的利用，并積極探索各種利用太陽能的方式．地球所接受的太陽能，平均每平方米為1.353kW，這就是所謂的“太陽常量”．也就是說，太陽每秒照射到地球上的能量約為燃燒5×106t煤的能量．地球每年所接收的太陽能至少有6×1017kW·h，相當(dāng)于燃燒74萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤所釋放的能量．可見利用太陽能的潛力很大，而且開發(fā)太陽能不污染環(huán)境．太陽能將成為未來能源的主流，這已成為人們的共識(shí)．怎樣有效地利用太陽所賦予的能量，使其成為本世紀(jì)的一大可利用能源，是新能源開發(fā) 中的一個(gè)重要課題．
中 考 擷 要
本節(jié)對(duì)知識(shí)和技能的要求不高，以前的中考中很少出現(xiàn)．主要只是讓大家了解一些與太
陽能相關(guān)的科普知識(shí)．重點(diǎn)應(yīng)放在通過對(duì)太陽能的應(yīng)用的了解后，建立起一些關(guān)愛自然、參與社會(huì)實(shí)踐的意識(shí)．
智 能 拓 展
有趣的生物力能學(xué)
盡管生命是自然界的高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，也仍然在自然界三個(gè)量（質(zhì)量、能量和信息）綜合
運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)．自然界所發(fā)生的一切運(yùn)動(dòng)，都伴隨著能量的變化，生命過程也不例外．機(jī)體生
活在一定的環(huán)境之中，它必須不斷地從外界獲得能量，才能維持生命和進(jìn)行必要的生命過程，這是能量的吸收；把從外界所吸收的能量轉(zhuǎn)變成為適于在體內(nèi)儲(chǔ)存的能量形式，這是能量的儲(chǔ)存；在合適的條件下，被吸收的能量將在體內(nèi)轉(zhuǎn)移到需要能量來啟動(dòng)某種反應(yīng)的部位，這種過程就是能量的轉(zhuǎn)移．
被吸收或轉(zhuǎn)移的能量在生命過程種經(jīng)常發(fā)生能量形式的變．例如，肌肉收縮時(shí)，化學(xué)能
轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而做功；光合作用中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能；視覺過程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏a(chǎn)生視覺，這些都是能量的轉(zhuǎn)化和利用．
生物力能學(xué)的研究可以從兩個(gè)不同的角度進(jìn)行，即宏觀的角度和微觀的角度．宏觀的生
物力能學(xué)從整個(gè)體系的能量形式和變化進(jìn)行研究，而不追究體系本身結(jié)構(gòu)的變化細(xì)節(jié)．微觀的生物力能學(xué)把能量狀態(tài)及變化和分子的結(jié)構(gòu)于運(yùn)動(dòng)結(jié)合在一起，具體研究能量從吸收到利用的全過程，這類研究對(duì)于弄清一個(gè)具體體系中的能量傳遞過程具有重要意義．
太陽能電池的開發(fā)
太陽能電池是一種有效地稀收太陽能輻射并使之轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體電子器件。下面介紹北京太陽能光電研究中心對(duì)太陽能電池的研究情況．晶體硅高效太陽電池和多晶硅薄膜太陽電池的研究開發(fā)以及研究成果向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。
⑴高效晶體硅太陽電池
光電中心高效晶體硅太陽電池研究開發(fā)項(xiàng)目有鈍化發(fā)射區(qū)太陽電池(PESC)、埋柵太陽電池(BCSC)及多晶硅太陽電池。
鈍化發(fā)射區(qū)太陽電池(PESC)光電中心研究鈍化發(fā)射區(qū)太陽電池(PESC)的基本目的是探索影響電池效率的各種機(jī)制，為降低太陽電池成本提供理論和工藝依據(jù)，推動(dòng)太陽電池理論的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)中采用的材料為區(qū)熔(FZ)、p-型(摻硼)[100]單晶硅，電阻率??0．2～1．2?cm，厚度t=280～350?m，雙面拋光。電池工藝包括正面倒金字塔織構(gòu)化、前后表面鈍化、制備選擇性發(fā)射區(qū)、減反射表面、背場(chǎng)、前后金屬接觸等。目前電池達(dá)到的水平見表1。
表1 PESC的電池的性能（測(cè)試條件AM1.5，25℃）
*Voc 開路電壓，Jsc 短路電流密度，F(xiàn)F 填充因子，? 轉(zhuǎn)換效率，A 太陽電池面積
⑵多晶硅薄膜太陽電池
多晶硅薄膜太陽電池既具有體材料晶體硅電池性能穩(wěn)定、工藝成熟和高效的優(yōu)點(diǎn)，又有大幅度減少材料用量從而大幅度降低成本的潛力，因而成為目前光伏界的研究熱點(diǎn)。
光電中心采用快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和a-Si／uc-Si迭層電池等不同工藝對(duì)多晶硅薄膜太陽電池進(jìn)行了研究。RTCVD多晶硅薄膜SiH2C12或
SiCl4為原料氣體在石英管反應(yīng)室內(nèi)沉積而成。研究工作初期，以重?fù)诫s非活性硅為襯底。
智 能
歸 例
題型一 知道人們利用太陽能的方式
例 人們利用太陽能共有________種渠道，其中太陽能被直接利用的有________種方式，即太陽能轉(zhuǎn)化為___________，如___________；太陽能轉(zhuǎn)化為__________，如_______；太陽能轉(zhuǎn)化為_________，如___________。
闖關(guān)點(diǎn)撥 太陽是一個(gè)巨大的天然能源，人類時(shí)刻離不開它，利用太陽能主要有四種渠道，其中被直接就有三種：太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如太陽灶、太陽能熱水器等，太陽能轉(zhuǎn)化為電能如太陽能電池；太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，如植物通過太陽進(jìn)行光合作用，生長(zhǎng)糧食、水果等為人類提供豐富的食物。
答 四，三，內(nèi)能，太陽能熱水器，電能，太陽能電池，化學(xué)能，植物進(jìn)行光合作用。 題型二 通過實(shí)例，了解利用太陽能的優(yōu)點(diǎn)
例 楊洋同學(xué)家原來是用液化石油氣燒水的(每天至少用65℃的熱水100kg)，參加“探
究性學(xué)習(xí)”活動(dòng)后，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助下，制作了一臺(tái)簡(jiǎn)易的太陽能熱水器.這臺(tái)熱水器6月份平均每天可將100kg水從15℃升高到65℃.
(1)若液化石油氣的熱值為8.0×10J/kg，改用太陽能熱水器后，6月份平均每天可節(jié)約液化石油氣多少千克？[液化石油氣燃燒放熱的70%被水吸收，C水=4.2×10J/(kg·℃)]
(2)使用太陽能熱水器比使用燃料燒水，除了節(jié)約能源外，還有哪些優(yōu)點(diǎn)？(至少寫出兩點(diǎn)) 闖關(guān)點(diǎn)撥 先根據(jù)熱量的計(jì)算公式求出水所需吸收的熱量，然后根據(jù)效率和熱值算出所需燃
燒的液化石油氣的質(zhì)量，即為節(jié)約的液化石油氣．
37解 (1)Q吸=Cm(t-t0)=4.2×10J/(kg·℃)×100kg×(65℃-15℃) =2.1×10J
由題意得
=0.375kg
(2)優(yōu)點(diǎn)有：①無污染 ②安全 ③光能取之不盡
說明：此問答案多種，只要回答合理均正確.
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智 能 訓(xùn) 練
基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練
1．關(guān)于太陽能的轉(zhuǎn)化：太陽把空氣和地面曬熱，太陽能轉(zhuǎn)化為________，曬熱的空氣上升，
空氣流動(dòng)形成風(fēng)，又轉(zhuǎn)化為_________；太陽使地面上一部分水蒸發(fā)，蒸發(fā)的水汽升空形成云，云又以雨雪等形式落下，流入江河，太陽能轉(zhuǎn)化為_________；植物吸收太陽能，進(jìn)行光合作用，太陽能轉(zhuǎn)化為__________，植物被動(dòng)物吃掉，又轉(zhuǎn)化為動(dòng)物的_______。（題型一）
2．地球上的能量很大一部分來自于太陽能，利用太陽能的過程就是把太陽能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程，現(xiàn)在主要利用太陽能的三種方式是_________________、_________________、___________________。（題型一）
3．下列能源中，不來源于太陽能的是（ ）（題型一）
A．石油 B．天然氣
4．太陽能來自于（ ）（題型一）
A．反射其它恒星的能量 B．裂變 C．鏈?zhǔn)椒磻?yīng) D．聚變 C．江河水流能 D．核能
綜合提高訓(xùn)練
1．人類利用太陽能的過程就是把太陽能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程。如太陽能熱水器是把太陽能轉(zhuǎn)化為______________能；在太空運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星它們的能源是靠太陽能電池板提供的，太陽能電池板是把太陽能轉(zhuǎn)化為_____________能的裝置；樹在陽光的照射下把太陽能轉(zhuǎn)化為___________能。（題型一）
2．有一些新聞媒體上，經(jīng)常會(huì)看到房地產(chǎn)開發(fā)商關(guān)于陽光權(quán)的爭(zhēng)論，主要是開發(fā)商在開發(fā)樓盤時(shí)侵占了當(dāng)?shù)鼐用裰苯邮褂胈_______________的權(quán)利。 （題型一）
3．太陽能電池有哪些用途？（題型二）
4．現(xiàn)在社會(huì)大力提倡使用太陽能，但是太陽能還并沒有被大量使用。據(jù)你了解，現(xiàn)在利用太陽能沒有被大量使用的主要問題是什么？（題型二）
5．某同學(xué)自制了一個(gè)太陽能照明燈，當(dāng)把太陽能電池板放到太陽下時(shí)，可以給燈充電，充電時(shí)的電壓為6V，電流為80mA，則充電時(shí)的功率為多少W？如果充5h的電，可以供6V 3W的燈泡正常工作多長(zhǎng)時(shí)間？ （題型二）
6．有一種太陽能熱水器，接收太陽能的15根真空管總有效面積約為1.35m2，能把接收到太陽能的50%轉(zhuǎn)變?yōu)樗膬?nèi)能，如果每平方米的面積在1h內(nèi)得到的太陽能平均為3.6×106J，每天接收太陽能的時(shí)間以10h計(jì)算，則可以將質(zhì)量100kg、初溫為20℃的水加熱到多少℃？
（題型二）
7．閱讀短文，回答短文后的問題．
儲(chǔ)存太陽能的池塘
19世紀(jì)末，在羅馬尼亞特蘭西瓦地區(qū)，一名醫(yī)生發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的小湖．這個(gè)小湖一
到冬天，湖面就結(jié)成冰，而湖底深處的溫度卻高達(dá)60℃．
這種熱水湖的怪現(xiàn)象引起了許多科學(xué)家的好奇，他們?nèi)砗?yàn)，發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)咸水
湖，而且不同深度的水含鹽量不一樣，即湖底的水中含鹽量較高，密度大，而湖面則含鹽量低，接近于淡水．
原來，淡水湖在白天經(jīng)太陽曬后，夜晚會(huì)將積蓄的熱量散發(fā)掉，即表面的湖水先冷卻，密度就增大而下沉，下面的水溫度高，相對(duì)來說密度小，熱水就上浮，并把熱量散發(fā)掉，這樣循環(huán)的結(jié)果，湖水上下溫度就逐漸趨同．而咸水湖則不同，表面的水即使溫度下降也不下沉，因?yàn)橄聦雍暮}量高，密度大，不會(huì)上浮，這樣，湖底的熱量就帶不到湖面．因此，咸水湖被太陽曬久了，就將太陽能儲(chǔ)存起來，湖底的溫度會(huì)越來越高．
（1）比較并簡(jiǎn)述咸水湖和淡水湖吸收太陽能后，上、下水溫分布太陽具有的能量的特點(diǎn)．
（2）如果你想自制一個(gè)儲(chǔ)存太陽能的水池，且希望盡可能儲(chǔ)存太陽能，從上述事例你會(huì)得到什么啟發(fā)？
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