(1)太阳能 太阳能是自然界赐给人类的巨大能源之一。地球上的风能、水能、 海洋温差能、生物智能以及化石燃料（如煤、石油、天然气等）都源于太阳能。 目前人类已经迈出了利用太阳能的步伐，太阳能热水器、太阳能电池等太阳能利 用技术日臻成熟，对太阳能的进一步开发和利用技术已经越来越得到深入研究。 （2） 风能 是利用风力机将风能转化为电能、 热能、 机械能等各种形式的能量， 用于发电、提水、助航、制冷和制热等。风力发电是主要的开发利用方式。根据 最新风能资源评价， 全国陆地可利用风能资源 3 亿千瓦，加上近岸海域可利用风 能资源，共计约 10 亿千瓦。主要分布在两大风带：一是“三北地区” （东北、华 北北部和西北地区） ；二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。另外，内陆地区还 有一些局部风能资源丰富区，有广阔的开发前景。风能是一种自然资源，由于风 的大小及方向都变换不定，因此其经济性和实用性由风机的安装地点、方向、风 速等多种因素综合决定。 （3）水能 水能资源是我国重要的可再生能源资源，是清洁能源，是指水体的 动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波 浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源，是常规能源，一 次能源。水不仅可以直接人类直接利用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上 的水循环，并使之持续进行，地表水的流动是重要的一环。在落差大、流量大的 地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的 替代资源。 （4）氢能 氢能是一种二次能源，一种理想的新的含能体能源。在人类生存的 地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少，因此必须在含氢物质加 工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水，其次就是各种矿物质燃料（煤、石 油、天然气）及各种生物质等。氢不但是一种优质燃料，还有石油、化工、化肥 和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢，如烃的增 氢、煤的气化、重油的精炼等；化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用还原铁矿 石。用氢制成燃料电池壳直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电， 其能量转换效率将远高于现有的火电厂。随着制氢技术的进步和储氢手段的完 善，氢能在 21 世纪的能源舞台上大展风采。 （5） 地热 是指来自地下的热能资源。 地球是一个巨大的地热库， 仅地下 10km

　　1．太阳能的优点 太阳能与常规能源（如煤、石油等）相比，具有三个主要特点。 （1）太阳能具有能量的巨大性和使用寿命的长久性 每年地球陆地上接收到 的太阳能相当于全球一年一年内总能耗的 3.5 万倍， 是当今世界可以开发的巨大 能源，也是 21 世纪的主要能源。 按照反应速率及质量亏损率计算，太阳上氢的储量足够维持 600 亿年,与 地球上人类历史相比，可以说太阳是取之不尽、用之不竭的长久能源。 （2）太阳能具有其广泛性 因为阳光普照全球，无论在陆地或海洋、高山或平 原、沙漠或草地，部分国家与地区都可以就地开发利用，无需开采和运输。 （3）太阳能是一种清洁的能源 在开发和利用过程中没有废渣、废料、废水、 废气排出，没有噪声，不产生对人体有害的物质，不会给环境造成污染和生态平 衡的破坏，且无论如何利用，对人类都是安全的。 2.太阳能的缺点 首先，太阳辐射的能量密度较低。一般在北回归线附近夏季阳光较好时，正 午时地面上接收的太阳福照度约为 1000W/㎡左右；全年日平均约 500W/㎡左右； 而在冬季只有年日平均辐照度的一半。因此，在开发利用太阳能时，需要较大的 采光面积。 其次，由于夜晚得不到太阳的辐射，需要考虑配备储能设备，供夜晚使用， 或增设辅助热源，才能全天候应用。 最后，太阳能随天气的变化而变化，再加上季节的变异及其他因素，都会影 响太阳能利用的稳定性。

　　太阳能储能技术主要包括机械能、电能和热能的储存。热能是最普通的能量 形式。 所谓热能储存，就是把一个时期内暂时不需要的多余热量通过某种方式收 集并储存起来，等到需要时再提取利用。 1.按照热能储存的时间长短分类 可以分为随时储存、短期储存和长期储存三大类。 （1） 随时储存 以小时或更短的时间为周期，其目的是随时调整热能供需 之间的不平衡。例如，利用太阳热水系统进行地板辐射采暖时，其储热水箱的作

　　压缩空气，推动风力发电机组的装置，把 1kW 的电力送到岸上，开创了人类把海 洋能转变为电能的先河。 目前已开发出 60～450kW 的多种类型波浪发动装置。 （7） 生物质能 是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能储存在生物质内部的能

　　21 11 量。地区上每年植物光合作用固定的碳达 2  10 t ，含能量达 3 10 j ，因此每

　　的太阳能。 地球陆地上的植物通过光合作用利用的太阳能，约为到达地球上太阳 能的 0.4%～0.5%,但其利用效率却仅为 0.5%左右。 太阳能的光热转换是指通过反 射、吸收或其他方式吸收太阳辐射能，使之转换为热能并加以利用。太阳能热利 用设备主要有太阳能热水器、太阳房、太阳能烹调器（如太阳灶） 、太阳能干燥 装置、太阳能温室、太阳能热泵与制冷装置、太阳能热机（提供动力） 、太阳能 炉 （可冶炼金属） 光电转换是把太阳辐射能转换为电能， 等。 可通过光电元件 （太 阳电池）将太阳能直接转换为电能，也可先把太阳能转换成热能，再通过热能发 电设备转换为电能。 太阳能是太阳内部连续的氢聚变的核反应过程产生的能量。太阳每天辐射 到地球表面的能量大约相当于 2.5 亿桶石油，每秒辐射到地球上的能量相当于 500 万吨标准煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能、生物质能、部分 潮汐能以及化石燃料（如煤、石油、天然气等）都源于太阳能。

　　年通过光合作用储存在植物的根、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量 的 10 倍，相当于全世界现有人口食物能量的 160 倍。虽然不同国家单位面积生 物质的产量差异很大， 但地球上每个国家都有某种形式的生物质。生物质能是热 能的来源，为人类提供了基本燃料。我国生物质能资源主要有农作物秸秆、树木 枝丫、畜禽粪便、能源作物（植物） 、工业有机废水、城市生活废水和垃圾等。 全国农作物秸秆年产量约 6 亿吨，除部分作为造纸原料和禽牧饲料外，大约 3 亿吨可作为燃料使用，折合约 2 亿吨标准煤。甜高粱、小桐子、黄连木、油桐等 能源作物（植物）可种植面积达 2000 多万公顷，可满足年产量约 5000 万吨生物 液体燃料的原料需求。 畜禽养殖和工业有机废水理论上可年产沼气约 800 亿立方 米。目前，我国生物质资源科转换成能源的潜力约 5 亿吨标准煤，今后随着造林 面积的扩大和经济社会的发展，生物质资源转换为能源的潜力可达 10 亿吨标准 煤。

　　风能资源的主要参数是当地的年平均风速和年平均风能密度，当然，有效 风能时间（h）也很重要。 1981 年，在为世界气象组织（WMO）所进行的一项研究中，太平洋西北实 验室（PNL）绘制了一份世界范围的风能资源图，该图给出了不同区域的平均风 速和平均风能密度。但由于风速会随季节、高度、地形等因素的不同而变化，因 此风的资源量只是一个推算估评。根据世界范围的风能资源图估计，地球陆地表 面 27%的地方年平均风速高于 5m/s（距地面 10m 处） 。 我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。中国 10m 高度层的风能总 储量为 32.26 亿千瓦，这个储量称作“理论可开发总量” 。实际可开发的量按上 述总量的 1/10 估计，并开率风能转换装置风轮的实际扫掠面积，再乘以面积系 数 0.785（即 1m 直径的圆面积是边长 1m 的正方形面积的 0.785 倍） ，得到中国 陆地 10m 高度层实际可开发的风能储量为 2.53 亿千瓦。

　　1.太阳能热利用技术 （1）太阳能热水器 热水器是太阳能热利用中商业化程度最高应用最普 通的技术。 太阳能热水器在我国得到了快速发展和广泛应用，成为太阳能利用的 主流产业。 20 世纪 80 年代开始，我国先后研制成功全玻璃和热管式真空管集 从 热器，并实现了产业化。控制技术已由简单地仪表控制发展到电脑控制。 （2）太阳能建筑 太阳房概念与建筑相结合，形成了太阳能建筑技术领 域。 实验表明， 太阳能建筑节能率在 75%左右， 以成为最有发展前景的领域之一。 我国太阳房开发利用自 20 世纪 80 年代初开始，至今已建成约 1000 万平方米的 太阳房，主要分布在山东、河北、辽林、内蒙古、甘肃、青海和西藏的农村地区。 目前， 被动太阳房开始由群体建设向住宅小区发展，但我国在技术水平上与国外 还有相当大的差距。 2.太阳能光伏发电 太阳能光伏发电的应用十分广泛。 20 世纪 90 年代以后， 世界光伏迅速发展，最近几年平均年增长率超过 30%。 世界各国一直通过扩大规模、提高自动程度、改进技术水平、开拓市场等措施降 低成本，并取得了巨大进展。商业化电池效率从 10%～13%提高到 13%～15%，生 产规模从每年 1～5MW 发展到每年 5～25MW，并正在向 50MW 甚至 100MW 扩大，光 伏组件的生产成本降到 3 美元/W 以下。到 21 世纪中叶，光伏发电有望成为人类 的基础能源之一。 近 30 年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获 得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。预计，到 21 世纪中 叶，可再生能源在世界能源结构中将占到 50%以上。 3 太阳能的利用方式及发展趋势 我国的光伏技术产业化及市场发展经过 20 多年的努力已形成了一定的基 础，但总体水平与国外还有相当大的差距，主要表现为以下几点。 ①生产规模小，无法形成经济规模。 ②技术水平低。电池效率，封装水平同国外存在一定的差距。 ③专用原材料性能有待进一步改进。 ④成本高。目前我国电池组件成本约 30 元/W，平均售价 42 元/W。成本和售 价都高于国外产品。

　　用在于储热和放热，使房屋采暖维持供需之间的平衡。 （2） 短期储存 以天或周为储热周期， 其目的就是为了维持一天 （或一周） 的热能供需平衡。例如，太阳能集热器只能在阳光好的天气吸收太阳的辐射热， 因此集热器除了满足阳光好的天气供应热水的需要外，还能将部分热能储存起 来，供夜晚或阴天使用。 （3） 长期储存 以季节或年为储存周期， 其目的就是为了调节季节 （或年） 的热量供需关系。例如把夏季的太阳能或工业余热长期储存下来，供冬季使用； 或者冬季将天然冰储存起来，供来年夏季使用。

　　热能在世界很多地方都应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力，新技术业 已成熟，并且在不断的完善。在能源的开发和技术转让方面，未来的发展潜力相 当大。地热能是天生就储存在地下的，不受天气状况的影响，既可作为基本负荷 能使用，也可根据需要提供使用。据初步勘探，我国地热资源以中低温为主，适 用于工业加热、建筑采暖、保健疗养和种植养殖等，资源遍布全国各地。初步估 算，全国可采地热资源量约相当于 33 亿吨标准煤。 （6）海洋能 通常指蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、 海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染， 但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要 是发电， 其中潮汐能和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海洋 波浪上下运动的能量。1910 年，法国的普莱西克发明了利用海水波浪垂直运动

　　了解太阳能的概念和我国太阳能资源概况 了解太阳能利用技术的应用原理、 种类及在都是农业中的应用。

　　1. 太阳能集热器技术。 2. 太阳能热水器技术。 3. 太阳房的原理及应用。 4. 太阳能在都市农业中的应用。

　　人类利用太阳能的历史悠久，利用方式也多种多样，最古老而又最简单的 利用方式是晒太阳取暖、晒衣服、晒粮食，即将太阳辐射能转变为其他形式的能 加以利用，即采用某些装置或系统将太阳的辐射能收集、转换和储藏及利用。辐 射能转换形式可分为三种：光化学转换、光热转换与光电转换。太阳能最常见的 光化学转换就是植物的光合作用，即二氧化碳和水在阳光照射下，借助植物的叶 绿素，吸收光能转化为碳水化合物，储存于植物或其果实中。光化反应是另一种 光化学转换， 它是指某些物质在阳光照射下吸热分解，当其在低温时可释放吸收聚享游聚享游