太阳能 「源」来自有方|星岛教室
2023-07-27 12:38
能源是人类文明的基石。然而,煤炭、石油和天然气等化石燃料蕴藏量有限,长期依赖更会引致全球暖化的问题。因此,能否有效减少对化石燃料的依赖至关重要。人类近年致力开发可再生和清洁能源,不但可减低碳排放,降低能源成本,更能促进社会经济发展,改善生活素质,意义实在非凡。
太阳能发电方式
万里晴空,火热的太阳照耀大地,这是大自然取之无禁,用之不竭的宝藏。太阳每分每秒释放能量,地球表面所接收的太阳能功率,大约为每平方米1000W,当然这亦视乎大气层状态而定。所以太阳能是最广为采用的再生能源,现行主要可分为以下两种发电方式:
1. 光热方式—聚光太阳能热发电(Concentrated Solar Power CSP)
光热方式,即通过太阳的热能来发电,一般是运用带有追日系统的镜子或透镜,将阳光聚焦到太阳能集热器,藉着集中的高热,使水气化产生蒸汽,从而驱动涡轮发电。这方法特别适用于阳光强烈直射的乾旱地区,位于摩洛哥的瓦尔扎扎特太阳能发电站,是全球最大的聚光太阳能热发电系统,整个项目最高能提供582兆瓦的电力,占该国发电量超过40%。别以为入夜后便会完全陷入停工状态,哪怕太阳下山后,也能靠着热存储系统中所储存的热量继续发电,有助提升发电效率。
2. 光电方式— 太阳能光伏 (Photovoltaics PV)
光电方式,主要运用光伏电池吸收太阳光,透过光电效应将太阳光直接转换成电能。
光伏电池的结构是由p型及n型两块半导体重叠而成。当光綫照射到半导体的连接面上,半导体内的电子吸收足够能量后,就可脱离原子,从而流向n型半导体,形成电压(下左图)。
电池接通外部电路后,就会产生电流。将大量光伏电池串联或并联起来,就可以输出较大功率的电流(下右图)。
常见的光伏电池有晶态硅电池和薄膜电池两类。常见的晶态硅电池有单晶硅和多晶硅两种,都是由圆晶造成。它们的能源转化效率比较高,通常介乎20-25%。
薄膜电池的能源转化效率则比较低,通常只有10-20%。但优点是成本比较便宜、重量轻盈及可屈曲,所以用途较为广泛,例如汽车、建筑物表面甚至衣服等。
发展的无限潜能
太阳能发展日益蓬勃,世界各国积极推动产业发展,而中国是世界上最大的太阳能生产国和消费国,占全球产能的三分之一以上,成就举世瞩目。根据国际能源署(IEA)报告显示,在各种太阳能技术中,光伏发电占全球太阳能发电能力的90%以上,技术被广泛应用,中国在太阳能电池板的制造阶段中,占据逾85%的份额,技术发展超卓,值得我们引以为傲。
除了发电外,太阳能电池亦广泛应用于日常生活中。近年欧洲及中国正大力推动太阳能电动车发展,虽然还是起步阶段,但前途无限;香港亦将太阳能电池引入,作为巴士的辅助电力,以达省油之效。
此外,学校致力推动STEM教育,学生动动脑、动动手,制作一台环保、无污染的太阳能车,当中涉及如何运用太阳光为马达提供电力的原理。学生更发挥创意,加上美仑美奂的图案,太阳能车俨然化身成艺术品。活动能装备年轻人21世纪所需的能力︰求真、探究、创意、协作、力行……有助培育未来创科人才。
小思考,大智慧
1. 太阳能发电的优势是甚么?
2. 太阳能发电的局限性是甚么?
3. 试发挥创意,想想太阳能如何在日常生活中应用。
参考答案
1. 太阳能发电在运作过程中不产生碳排放或污染,有助纾缓污染问题;而它的运作不用购置燃料,成本较低。除此之外,太阳能电池可用于不同环境,小至屋顶安装太阳能电池板,大至太阳能发电系统,用途非常广泛。
2. 它不是一个恒定的能源来源,因为它依赖日照时间、天气条件和阳光角度等因素,这可能会降低整体输出。此外,光伏电池和能源储存系统的安装成本很高,需要大量的初始投资。
3. 自由作答
文:九龙真光中学STEM统筹主任林震东
本栏逢周四刊登,由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿,旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料,引发学生探求知识的兴趣,将学习融入生活,培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。
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