【影響世界的專利】太陽能（一）

       太陽能 

太陽能

 太陽能

 太陽能，顧名思義是來自太陽的能量。這裡主要指太陽以電磁輻射方式傳播的能量。據《中國大百科全書》（簡明版）第8卷“太陽能”條目記載，每年地球表面的太陽輻射能約81萬億千瓦時。據此推算，一小時地球表面的太陽輻射能足以超過1999年人類一年生產的能量。風能、生物質能、波動能、潮汐能也都直接或間接地來自於太陽能﹔即使我們日常使用的煤、石油、天然氣是由遠古時代埋在地下的動植物經過漫長地質年代形成的，也是太陽能轉換而來的。

人類對太陽能的主動利用已有3千年歷史，晒鹽就是一種古老的利用太陽能的方式。但是利用太陽能轉化成可利用能源和動力隻有近400年歷史。太陽能資源豐富，用之不竭，普及面大，無需付費，無運輸之勞，自然清潔。那麼為什麼人類對太陽能利用發展緩慢，道路曲折，而且到目前為止，世界上一些光充足的熱帶國家往往可利用能源不足，人的生活貧困呢？原因在於前面說到的太陽能巨大優勢是從整體、宏觀、理論上說的。但要太陽能實際應用即從太陽能轉化成目前人類可利用的能源尚仍存在很多問題，首先是太陽能的能量密度低﹔其次是地異時變，穩定性、可靠性低﹔再次，轉化率低﹔最后當然成本高。這“三低一高”是阻礙太陽能利用發展的主要原因。當然，很多問題隨著科學技術的發展，也正在發生變化。

1973年，世界石油危機爆發，尤其是90年代后，人類對環境的可持續發展認識的深化，世界各國紛紛制定太陽能開發利用的戰略、計劃和激勵政策，投入了大量人力、物力和財力，太陽能利用技術取得了很多突破。通過國際專利分類書中的涉及的太陽能產品、生產裝備、應用的相關類目，查閱1981年至1999年主要國家的專利數據庫可看出，專利數量大、涉及面廣﹔也出現了太陽光伏電池制造行業和設備突破性進展。太陽能利用主要分為三大方面，一是太陽光伏能，二是太陽熱能，三是太陽光合能。作為后者來說，主要是通過植物的光合作用實現太陽能轉換成為生物質能的過程，例如速生植物等，這裡，主要介紹前兩個方面。

在太陽光伏能利用方面，有關光伏電池板以及陣列（國際專利分類號為H01L 31/042~31/058;C23C16/00），其包括多晶硅、單晶硅、非晶硅、砷化鎵、硒銦銅以及諸如石墨烯等有機太陽能電池。在多晶硅、單晶硅等太陽能高效電池制作中引入了半導體固體電子器件制作的一些工藝，如激光刻槽埋柵，選擇性發射結等。在諸如多晶硅等薄膜太陽能電池膜生產中引入了氣相沉積、印刷工藝等，生產整卷的太陽能電池，生產成本較低，能以量取得優勢。例如美國專利US4519339公開了一種《連續生產非晶硅的太陽能電池的系統》（下面會進行較詳細介紹）。所涉及光伏電池本身內容，主要有：以材料為特征的﹔以形狀尺寸為特征的﹔以晶體結構為特征的﹔以封裝成外殼為特征的﹔以可收縮或可折疊為特征的﹔以特殊相互連接裝置為特征的﹔以冷卻、反光或集光為特征的。所涉及其應用內容主要有：建筑物光伏設施、光伏發電系統、衛星光伏電池裝置，例如，美國專利US5833176公開了一種《弓形太陽能電池陣列》，它通過柔性張力元件控制保持伸出懸臂上太陽能電池陣列的彎曲形狀﹔太陽能提供電力的電力牽引，用太陽能電池作輔助動力源的輪式車輛。

太陽熱能利用方面，主要有太陽能熱水器﹔太陽能爐灶，例如美國專利US4848 320揭示了一種《太陽能爐》（下文會進行較詳細介紹）﹔太陽能集熱器控制裝置﹔可卷起或可折疊的集熱器組件﹔增加集熱器表面積的﹔太陽能集熱器構件、零部件及附件﹔太陽光聚焦元件透鏡﹔太陽光聚焦元件反射器，例如美國專利US5460163公開了一種《槽形太陽集熱器》，它通過組合在很長加熱管道的縱向槽形鏡面反射器使長管能長時間將陽光聚焦在熱管道上，使其管內水加熱、氣化，從而產生過熱氣流，作為蒸汽渦輪發電機等動力﹔太陽能熱電站﹔游泳池等特殊太陽能加熱系統，例如美國專利US5586 548公開了《用於游泳池水加熱的漂浮太陽能加熱器》﹔太陽熱能吸收和絕熱功能的屋頂、牆體、覆蓋構件，例如法國專利公開號為FR2578312公開了一種《置於建筑物牆體表面的具有太陽能吸收和絕熱功能的構件》，它是一種特朗布壁（Trombe walls），即以法國20世紀設計師Felix Trombe命名的太陽能吸熱壁。該發明是具有一定面積的利用熱虹吸管實現溫差循環的系統組成的熱壁，可平行附設在向陽外牆上，白天有太陽最外層百葉板打開吸熱，天黑百葉板關上，熱通過牆繼續向室內傳送。夏天，溫度過高時，熱壁裡會形成一層反射層，從而不會使牆傳導過熱。

其他方面的應用還有太陽能蒸餾成蒸發水，太陽能產生的機械動力裝置，光輻射直接變電能的電發生器（國際專利分類號H02N 6/00），太陽浴，太陽能干燥器等。