太阳能即可完美解决地球能源问题,为什么还要折腾核聚变?

太阳能可能是地球上最丰富的资源之一,假如人类能实现高效利用和储存电能的话,那太阳可以完美的解决人类的暂时能源问题!为何是暂时?我们来简单分析下。

一、太阳的辐射功率有多大?

太阳向宇宙空间辐射的总功率达到了3.8×10^26W,1.5亿千米外,半径达到了6370KM的地球获得的获得的总功率达1.7×10^17 W,地球上获得辐射功率约为1.4KW/平方米(中午、赤道地区)!当然这个平方米需要注意下,是朝向太阳垂直面积,因此和时间与纬度有很大的关系!

全球辐射量示意图,很明显赤道地区比较强,而两极明显降低,而差异非常大!

辐射的吸收与反射示意图,有很大一部分会重新反射回宇宙!

二、我们需要多少太阳能电池才能满足要求?

2017年,中国用电量为63077亿千瓦时,这需要1542979452平方米100%转换效率的太阳能电池每天8小时发电!但实际情况比较惨:

1、如果效率只有20%,商业运行已经很高了,那么将变成7714897260平方米

2、如果只能发电4小时,那么将变成:15429794520平方米

3、如果全年只有一半的好天气,那么是:30859589041平方米

合计需要:30859.6平方千米的太阳能电池阵列!

总计需要:175.67千米边长的太阳能电池阵列!

我国辐射功率示意图,能满足1.4W以上的还是不多的,在沿海地区还因为天气原因大打折扣!

三、太阳能电池即可满足要求?

我们在计算太阳能电池的发电量时,只能计算8小时甚至更低,当然这原因很简单,因为太阳的并不是无时不刻都在的,夜间也阴天就无法有效使用太阳能,只能用太阳能的二次能源,比如天然气或者水电煤电潮汐电站等!因此必须还要有一套大功率的储能设备,以备在夜间和阴天时提供电能!

1、抽水蓄能型

2、电池蓄能型

3、压缩空气或者飞轮蓄能型

4、电解水蓄能型

......

无论哪种都无法完美解决太阳能这个不均匀的问题!

四、空间太阳能电站?

这是完美解决大气反射、昼夜交替、阴雨天气与季节更替等弊端的方案,但又跑出来一个大问题,即如何向地面传输?

1、微波传输?

2、激光传输?

但无论哪种都会在大气层中留下一个死亡通道,人类的航天器可以设置轨道避开,但鸟类却无法避免,比如在太阳能镜面聚焦阵列中心就是一个烤鸟场!

西班牙塞维利亚附近的集中太阳能发电厂!

但中心焦点附近是一个不折不扣的死亡区域!如果是空间太阳能电站,那么这个死亡区域将会更大,从天空一直到达地面,都鸟类一旦进入绝对不可能幸免!

五、地球能源稀缺吗?

其实地球能源一点都不稀缺,但收集与利用比较困难,比如太阳能就非常明显不能彻底解决问题,水电、风电、潮汐、火电与核裂变等都不能彻底解决,只有未来的核聚变才是真正的希望所在!近乎无限的聚变能是人类所渴求的,但实现也最难!当然在核聚变电站实现之前,我们唯一能做的就是将常规与核裂变能源利用到极致,万一核聚变需要很久以后才能实现呢?但人类的生存与发展却是刻不容缓的!