【影响世界的专利】太阳能（一）

       太阳能 

太阳能

 太阳能

 太阳能，顾名思义是来自太阳的能量。这里主要指太阳以电磁辐射方式传播的能量。据《中国大百科全书》（简明版）第8卷“太阳能”条目记载，每年地球表面的太阳辐射能约81万亿千瓦时。据此推算，一小时地球表面的太阳辐射能足以超过1999年人类一年生产的能量。风能、生物质能、波动能、潮汐能也都直接或间接地来自于太阳能；即使我们日常使用的煤、石油、天然气是由远古时代埋在地下的动植物经过漫长地质年代形成的，也是太阳能转换而来的。

人类对太阳能的主动利用已有3千年历史，晒盐就是一种古老的利用太阳能的方式。但是利用太阳能转化成可利用能源和动力只有近400年历史。太阳能资源丰富，用之不竭，普及面大，无需付费，无运输之劳，自然清洁。那么为什么人类对太阳能利用发展缓慢，道路曲折，而且到目前为止，世界上一些光充足的热带国家往往可利用能源不足，人的生活贫困呢？原因在于前面说到的太阳能巨大优势是从整体、宏观、理论上说的。但要太阳能实际应用即从太阳能转化成目前人类可利用的能源尚仍存在很多问题，首先是太阳能的能量密度低；其次是地异时变，稳定性、可靠性低；再次，转化率低；最后当然成本高。这“三低一高”是阻碍太阳能利用发展的主要原因。当然，很多问题随着科学技术的发展，也正在发生变化。

1973年，世界石油危机爆发，尤其是90年代后，人类对环境的可持续发展认识的深化，世界各国纷纷制定太阳能开发利用的战略、计划和激励政策，投入了大量人力、物力和财力，太阳能利用技术取得了很多突破。通过国际专利分类书中的涉及的太阳能产品、生产装备、应用的相关类目，查阅1981年至1999年主要国家的专利数据库可看出，专利数量大、涉及面广；也出现了太阳光伏电池制造行业和设备突破性进展。太阳能利用主要分为三大方面，一是太阳光伏能，二是太阳热能，三是太阳光合能。作为后者来说，主要是通过植物的光合作用实现太阳能转换成为生物质能的过程，例如速生植物等，这里，主要介绍前两个方面。

在太阳光伏能利用方面，有关光伏电池板以及阵列（国际专利分类号为H01L 31/042~31/058;C23C16/00），其包括多晶硅、单晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜以及诸如石墨烯等有机太阳能电池。在多晶硅、单晶硅等太阳能高效电池制作中引入了半导体固体电子器件制作的一些工艺，如激光刻槽埋栅，选择性发射结等。在诸如多晶硅等薄膜太阳能电池膜生产中引入了气相沉积、印刷工艺等，生产整卷的太阳能电池，生产成本较低，能以量取得优势。例如美国专利US4519339公开了一种《连续生产非晶硅的太阳能电池的系统》（下面会进行较详细介绍）。所涉及光伏电池本身内容，主要有：以材料为特征的；以形状尺寸为特征的；以晶体结构为特征的；以封装成外壳为特征的；以可收缩或可折叠为特征的；以特殊相互连接装置为特征的；以冷却、反光或集光为特征的。所涉及其应用内容主要有：建筑物光伏设施、光伏发电系统、卫星光伏电池装置，例如，美国专利US5833176公开了一种《弓形太阳能电池阵列》，它通过柔性张力元件控制保持伸出悬臂上太阳能电池阵列的弯曲形状；太阳能提供电力的电力牵引，用太阳能电池作辅助动力源的轮式车辆。

太阳热能利用方面，主要有太阳能热水器；太阳能炉灶，例如美国专利US4848 320揭示了一种《太阳能炉》（下文会进行较详细介绍）；太阳能集热器控制装置；可卷起或可折叠的集热器组件；增加集热器表面积的；太阳能集热器构件、零部件及附件；太阳光聚焦元件透镜；太阳光聚焦元件反射器，例如美国专利US5460163公开了一种《槽形太阳集热器》，它通过组合在很长加热管道的纵向槽形镜面反射器使长管能长时间将阳光聚焦在热管道上，使其管内水加热、气化，从而产生过热气流，作为蒸汽涡轮发电机等动力；太阳能热电站；游泳池等特殊太阳能加热系统，例如美国专利US5586 548公开了《用于游泳池水加热的漂浮太阳能加热器》；太阳热能吸收和绝热功能的屋顶、墙体、覆盖构件，例如法国专利公开号为FR2578312公开了一种《置于建筑物墙体表面的具有太阳能吸收和绝热功能的构件》，它是一种特朗布壁（Trombe walls），即以法国20世纪设计师Felix Trombe命名的太阳能吸热壁。该发明是具有一定面积的利用热虹吸管实现温差循环的系统组成的热壁，可平行附设在向阳外墙上，白天有太阳最外层百叶板打开吸热，天黑百叶板关上，热通过墙继续向室内传送。夏天，温度过高时，热壁里会形成一层反射层，从而不会使墙传导过热。

其他方面的应用还有太阳能蒸馏成蒸发水，太阳能产生的机械动力装置，光辐射直接变电能的电发生器（国际专利分类号H02N 6/00），太阳浴，太阳能干燥器等。