一、萌芽和理论阶段
人类利用太阳能应该是非常早的事了。传说三国时,关云长在长坂坡与刘备走散,带着一队兵马一边保护刘备的廉、糜二夫人,一边找寻刘备。在旅途奔波中,两位夫人的洗澡成了大问题,关公于是想出了一个办法,白天行军时用羊皮攮子装满水,驼在马背上,让太阳晒,晚上就用热水供两位夫人洗澡。后来关云长与刘备会合了,刘备见到两位夫人,不仅没有奔波的疲惫,而且面色白皙娇嫩,不禁大喜,一问才知是每天都洗“太阳水”的缘故。这一段民间传说,说明了三国时代国人就有利用太阳能的意识了。至于在几千年来,人类利用太阳能晒食物,晒衣服,用太阳能加热水,利用热平衡抽水等初级的太阳能利用已经延续了几千年。
但太阳能利用产生升华、产生了太阳能利用的重要发现和理论还是近代的事:
1955年以色列科学家泰伯等提出了选择性吸收涂层的基础理论,并研究成功使用的黑镍等选择性涂层,为太阳能高效集热器的发展创造了条件。
法国科学家卡诺和英国科学家开尔文提出的热泵理论,为进一步开发太阳能提供了理论基础。
二、太阳能的发展和受挫阶段——90年代初期
1973年世界第一次爆发的石油危机引发了太阳能的第一轮开发热潮。世界各国除了在节约能源方面下功夫外,也将目光投向了新能源,其中太阳能是重点。美国也生产了相当数量的太阳能热水器,政府也提出了一系列的鼓励新能源的政策。在这种世界大形势下,我国的有关部门和高等院校研究者也对太阳能利用作了初步的探讨,其中典型的就是北京等地生产的铝皮盒子,也称焖晒罐式太阳能,这也是我国对太阳能利用的第一个工业化的产品。
早期的太阳能产品,必然有许多不足:一是效率较低,保温无法处理;二是故障率高,修理成本高,这就使太阳能产品的推广在欧美这些劳动力成本高的国家遇到很大的阻力。随着石油危机的缓解,美、欧等国的太阳能企业纷纷停产,太阳能产业进入低谷。
三、太阳能利用的产业化时期——90年代中后期
从20世纪90年代开始,以色列、德国发明了平板式太阳能集热器,并逐步进行推广,在集热器芯片工艺上采用了选择性吸收材料这一新的技术,使得太阳能集热器的效果大大提高,平板式集热器的发明使得太阳能进入产业化时代,以色列也成为世界太阳能最为普及的国家。
平板式技术也被我国相关研究所和企业引进,在云南省获得大面积的推广和使用。但是当时的平板式集热器保温差,存在散热快、冬天效率低甚至不能产热等缺点。因此,人们继续寻找一种保温效果好,在冬天能够使用的集热器。在澳大利亚有关专家研究成果的基础上,清华大学的殷志强教授发明了太阳能真空管集热器,它是受当时常用的真空保温的热水瓶和真空电子管工艺的启发发明的。从90年代开始,我国的江苏、北京、山东、浙江、云南等省市都出现一些太阳能企业,比如北京的桑普、天普,山东的皇明、桑乐,江苏的华扬、辉煌,河北的新奥,浙江的美大等,这些企业进入太阳能行业,对当地的太阳能普及起了很大的推动作用。
1998年起,我国的太阳能行业进入了发展期,太阳能产量平均每年以超过20%的速度增加,太阳能热水器的保有量也以超过15%以上的速度增加,我国迅速成为太阳能大国。在江苏、山东、安徽、云南、浙江、河南等省太阳能的普及率已经超过30%,还有一个可喜的现象,就是太阳能的普及从城市走向农村,农村的太阳能市场迅速扩大,已经超过城市。在江苏、浙江、安徽、山东的许多乡镇,太阳能的普及率超过85%,有的村落要找到一家屋顶没有太阳能的人家都很难。
我国太阳能产业的发展还体现在太阳能品种上。早期的太阳能热水器只能装在楼顶上,对与它配套的水电等也提出了许多要求,太阳能安装也遇到许多困难,比如和建筑一体化的问题等等。但是我国的太阳能工作者不断克服困难,不断创新,使得太阳能热水器、太阳能热水器配件、太阳能热水器控制器、太阳能热水器专用设备这四个主要方面的生产技术不断提高,配套不断完善,价格不断下降。与此同时,太阳能的品种不断更新,在常用产品方面开发出家用太阳能热水器、家用承压式太阳能热水器、平板式家用太阳能热水器、阳台式太阳能热水器、别墅(分体)式太阳能热水器、工程型太阳能热水器、自装型太阳能热水器等几十个品种、上千种规格的太阳能热水器。在太阳能集热器方面,开发出直径47、58、70、甚至100的普通真空管集热器、三高管集热器、真空热管式集热器、真空对流管式集热器、真空缩管径集热器等。在平板式集热器方面,产生了选择性吸收式铜铝复合集热器、全铜板集热器、蛇行板集热器等。在太阳能支架、太阳能端盖、太阳能密封件、太阳能控制器、太阳能水泵和水暖配件、太阳能生产辅助配件等产品更是品种齐全,还在不断地推陈出新,几乎涵盖目前人们生活环境下的太阳能光热利用的方方面面。
我国太阳能产业的发展还体现在技术水平的不断提高上。太阳能热水器是一个包容当代科技的新产品,同时也是在当代现代化环境下工作的一个机器,它所工作的环境和人们对它提供服务的要求都是以前其他家用电器生产和使用中没有碰到的,所以对新技术的期望很高。它要求人们在充分掌握原有技术的基础上不断创新,克服在制造中和使用中碰到的困难,不断总结经验,不断地产生新的技术、新的产品、新的工艺、新的应用手段。
另一方面,太阳能的研发理论这些年也在不断发展。在不断应用传统物理学原理的基础上发展了以太阳能应用为中心的现代物理理论,产生了不少适用的专利技术。大批量的生产,大面积推广,大面积使用为国内太阳能领域的科技人员提供了独有的试验场,取得了不少的科研成果。太阳能光热技术的研发和应用成为我国在当前世界科学领域唯一公认领先的技术。
与此同时,以德国、以色列为代表的先进国家在平板太阳能方面也取得较大的成绩,目前欧洲生产的平板太阳能,在保温、选择性吸收材料、聚光吸收方面也取得很大的进展,生产的平板式太阳能热水器已经可以胜任欧洲寒冷的气候,保温效果已经接近于真空管热水器。尤其在分体别墅型太阳能热水器方面,得到了大量的普及。