书城科普读物青少年应该知道的太阳能
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第16章 环保节 能科技

1.太阳能自行车

太阳能自行车是将太阳能直接变成电能、驱动电机而行驶的自行车,它主要是由太阳电池、直流电机、蓄电池和自行车组成。

太阳能电池是自行车的发电机。蓄电池储存太阳能变成的电能,一方面在自行车启动时,可以提供较大的启动电流,另一方面供阴雨天和晚上使用。在自然日光下,自行车不用人力就可以快速驾驶,或者带有助力功能。

太阳能自行车的速度是每小时22千米,以自行车车轮直径66厘米计算,电机转速约为每分钟170转。而低速直流电机非常笨重,难于装在自行车上使用。

二十世纪八十年代安装使用高速电机减速的方法生产的24伏直流电机,电动自行车的转速每分钟为3500转。用机械减速装置降低转速,装在自行车上仍旧感到笨重。

最近,由于先进电力技术的发展,以及人们对能源、安全及环境保护的重视,对低速直流电机的开发重新兴起,“电机、减速器、离合器”三位一体的电动轮毂很快被研制出来,并投入使用。其重量仅为3.2千克,功率分别为120瓦、140瓦、180瓦和190瓦,电压为24伏和36伏。轮毂外缘有小孔,可用辐条与轮辋连接。轮毂电机宽80毫米,可直接置换自行车的前轴或后轴。

目前,电动自行车存在许多不足,在续驶里程、功率、再充电能力和蓄电池寿命方面有很多限制。传统的铅酸蓄电池(包括进口原装免维护电池),其使用寿命短,仅可充放电400次。如果把蓄电池容量用完后充电,即深放电使用蓄电池,也只能多使用20次,蓄电池就会失效。这就限制了电动自行车的发展。

因此,为了中长期开发“钠-硫蓄电池”、“镍-氢离子电池”、“锂-聚合物电池”、“锂-离子电池”,美国出资2.6亿美元,成立了美国现代电池国际财团。

太阳能自行车应用的是“太阳能浮动”充电原理,把NPS硅太阳电池和BEST全密封维护蓄电池组合成太阳能电源。此类电源可以降低蓄电池的放电率,补充蓄电池的自放电损失和减轻蓄电池深度放电,从而数倍地提高蓄电池的使用寿命。

英国的太阳能自行车

2008年9月25日,英国发明了一种靠太阳光产生动力驱动的太阳能自行车,这种自行车可以减缓骑车人疲劳并且对环境没有任何的破坏,是一种环保型概念车。

和普通的自行车相比,它的外观看起来没有多大不同,只是有一个可以接收太阳能的天蓬装置安装在自行车上。太阳照射到天蓬上,天蓬把接受到的太阳光转化成电能,然后储存在自行车电池中。该电池放电时,驱动自行车后轮处的电子发动机,使自行车行进。

这种自行车的最高时速为24千米。另外,这种太阳能自行车还可以减少骑车人骑自行车上山时所遇到的阻力。米尔耶维克——该太阳能自行车的设计者介绍:“我设计的这款自行车十分环保,对生态环境不会造成任何破坏。”

这种自行车看起来就像普通的电动自行车,仅仅在自行车外部有一个天蓬以方便大面积地接受太阳光。白天如果不用自行车的时候,可以将其放置在阳光下充电,以备之后阳光不充分时使用。

自行车上安装有一块小电池,夜晚的时候也能数小时持续使用。在从陡坡向下行驶过程中,骑车人可以关闭车上发动机,以便节省能量。

另外,米尔耶维克将把手设计在座位两侧,而不是像普通自行车那样放置在前面,这样可以方便骑车人驾驶这种自行车,并让骑车人感到舒适。由于有天蓬,即使是下雨时,人们也可以悠然自得地在雨中骑车,而不必担心被雨水淋湿。

2.太阳能汽车

在汽车上应用太阳能发电,将会有效降低全球环境污染,为人类创造洁净舒适的生活环境。随着全球经济和科技的飞速发展,太阳能汽车作为一个产业迅速兴起。

城市中重要的污染源头之一是燃烧汽油的汽车,这种汽车排放的二氧化硫和氮氧化物等废气都会污染空气,极大地影响人们的身心健康。

各国的科学家希望用污染较少的电动汽车取代燃烧汽油的汽车,因此积极致力于开发电动汽车。

但是现在地球上的主要电力都是来自燃烧化石燃料,电动汽车的使用势必会大大地增加用电需求,从而使发电厂释放的污染物相应地大量增加。而太阳能汽车则没有电动汽车的这些弊端,于是一些环保人士就积极提倡发展太阳能汽车。

该种汽车的太阳能电池把光能转化成电能,并在储电池中储存起来备用,用来推动汽车的电动机。它既不燃烧化石燃料,放出有害物,直接污染环境,也不使用燃烧化石燃料产生的电,间接地污染环境。

如果由太阳能汽车取代直接或间接地燃烧化石燃料的车辆,每辆汽车的二氧化碳排放量可减少43%~54%。

另外,汽车用的燃料是从石油中提炼出来的汽油和柴油等,而石油这种矿物燃料是不能再生的,用一点少一点,总有一天要用完。石油本身还是一种宝贵的化工原料,可以用来制造塑料、合成橡胶和合成纤维等。

大约在2020年左右,目前世界上已探明的石油储量将被开采殆尽,所有依靠石油能源“生存”的东西包括汽车将会出现挨“饿”的危险,人类将面临着能源的巨大挑战。

解决这项难题的唯一可行办法,就是加紧开发新能源,而太阳能就是这些新开发能源中的佼佼者。

3.太阳能飞机

太阳能飞机是以太阳辐射作为推进能源的飞机。它主要由太阳能电池组、直流电动机、减速器、螺旋桨和控制装置组成动力装置。飞机机翼面积较大,以便有较大的铺设太阳电池的上部表面积,从而获取足够的太阳能。

20世纪70年代末,人类在飞机的研制过程中积累了制造低速、轻型飞机的经验。在这一基础上,美国在20世纪80年代初研制出单座太阳能飞机,名为太阳挑战者号。

这一飞机空重90千克,翼展14.3米,翼载荷为60帕,多达1.6万片硅太阳电池安装在机翼和水平尾翼的表面上,在理想阳光照射下能输出3000瓦以上功率。

在1981年7月,这架飞机成功地由巴黎飞到英国,航程达290千米,平均时速54千米。当时太阳能飞机还处于试验研究阶段,它的有效载重和速度都还很低。

2007年11月5日,在瑞士杜本多夫举行的新闻发布会上,人们展出了一架太阳能飞机样机,名为“阳光脉动”。这架太阳能飞机是科研人员辛勤努力、历时4年才研制成功的。2003年,瑞士探险家贝特朗·皮卡尔提出了太阳能飞机环球飞行计划,这一计划被命名为“太阳脉动”。此计划要求驾驶太阳能飞机进行5次起降,昼夜飞行,最后完成绕地球飞行一圈。

预计在2011年,太阳能飞机环球飞行将开始进行,这将是太阳能飞机历史上首次载人、昼夜、长距离的飞行。

4.太阳能武器

公元前213年,罗马舰队进攻西西里岛城市叙拉古,伟大的古希腊科学家阿基米德,是当时西西里国王赫农的军事顾问,他曾经利用太阳能击溃了来犯的敌人罗马舰队。阿基米德使用巨大的镜子发射阳光,将罗马人的船只烧成了灰烬。

这个故事广泛流传,为这位杰出的科学家平添了不少传奇的色彩。前不久,两所美国著名的大学——美国麻省理工学院及亚利桑那大学,对这个故事进行了验证,研究人员得出“它多半只是个传说”的结论。

在旧金山海滨,这两所大学的研究人员进行了相关实验。麻省理工学院的小组首先进行试验,他们组装了一面300平方米、材质是青铜和玻璃的巨型镜子,把一艘旧渔船放在离镜子45米远的水上。科研人员试图用镜子聚焦阳光去点燃它,但是遭到失败。他们又把渔船向前移近了约一半的距离,这一次聚焦的阳光使船上燃起了一点小火,但是没有形成足以燃烧渔船的熊熊大火,并且这小火很快就熄灭了。

之后,亚利桑那大学的小组也进行了类似的试验,同样遭到了的失败。

公元12世纪,东罗马帝国学者约翰·佐纳拉斯记载阿基米德焚毁罗马船只的场面是十分壮观的:“通过把又厚实又光洁的镜子斜向太阳,镜子聚合了太阳的光线,聚合的光线点燃了空气,引发了熊熊烈火,阿基米德把所有的火焰导向了停泊在海中的敌船,不可思议地点燃了整支罗马舰队,最终将它们全部烧毁。”

从技术上说,两所大学的实验表明阿基米德的故事是可能的,但却不能解答它是否具有历史真实性问题。

麻省理工学院教授大卫·华莱士说:“谁知道阿基米德究竟做没做过这件事呢?他是历史上最伟大的数学家之一,我不想对他的才智和能力提出质疑。”

不过,彼得·里斯,有关频道节目的一位制片人,却坚定地认为实验已经说明了阿基米德的故事并不可信:“我们并非说阿基米德火烧敌船的故事完全不可能,只是觉得这样的战争武器非常非常的不现实……要是这样做能成立的话,那么在古代,这样的镜子简直相当于现代世界的核武器。”

而现在,美、俄科学家们就正在研制一种“太阳能武器”。阿基米德的“太阳能武器”的致命弱点是阴雨天无法使用,不过这个难题在今天显然已经不成问题,因为科学家可以将“太阳镜”送到太空之中。

“太阳能武器”能在瞬间制造出几千度的高温,强烈的高温光线能从太空穿过厚厚的云层抵达地球表面,其温度足以融化和烧毁地球上的任何敌对目标。也许它的唯一缺点就是杀伤力实在太大了,就像氢弹爆炸一样,被它击中的地区将会立刻变成一片大面积的焦土。