2、替代清洁能源的应用与发展

替代清洁能源的应用与发展

1. 能源现状与清洁能源需求

随着全球人口增长至超过 75 亿，能源需求急剧增加。然而，传统化石燃料不仅是不可再生能源，还会排放大量温室气体和其他污染物，引发气候变化和全球变暖等严重问题。据相关数据，2017 年全球变暖已比工业化前（1750 - 1900 年）水平升高约 1°C（0.8 - 1.2°C），且以每十年 0.2°C 的速度递增。这导致冰川融化、物种灭绝、野火和干旱威胁增加，对农业和耕种产生负面影响，可能加剧贫困。同时，化石燃料正迅速枯竭，预计按当前消费速度，煤炭可能在 2090 年耗尽，石油在 2052 年用完，天然气在 2060 年枯竭。

为解决能源需求与环境污染的矛盾，清洁能源的需求变得尤为迫切。替代清洁能源（ACE），如水电、太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等，排放的污染物和温室气体较少，且大多为可再生能源，有望取代化石燃料。目前，太阳能、风能、水电、生物质能等清洁能源的使用正在迅速增长，它们在交通、建筑、能源生产、供暖、烹饪等领域都有广泛应用。

2. 太阳能的应用

太阳能可以通过两种方式利用：将其转化为电能或热能。
- 光伏系统 ：光伏电池通常由硅半导体材料制成。当阳光照射到这些半导体材料时，电子会被释放出来，通过连接正负端子形成外部电路，从而产生电能。多个光伏电池连接形成模块，多个模块再通过串联或并联组合形成阵列。一个典型的光伏电池通常能产生 1.5 瓦的功率。光伏系统的应用包括商业建筑照明、街道照明和农村地区照明等。
- 太阳能热能系统 ：太阳能热能设备将太阳能转化为热能，根据温度可分为以下几类：