中国沙漠地区,干燥少雨,云量少,晴天自然多,日照充足,热量丰富。全年日照时数在2500一3600小时,也就是说,一年中有30%~40%的时间受着太阳光的照耀,这在全国是首屈一指的,相当于四川、云南的两倍。夏季每天在14小时以上,冬季也有9小时之多。无霜期一般在150一260天。大于和等于1012的积温,除呼伦贝尔等一小部分沙地外,一般都在300012~500012。太阳年总辐射量大部分在140~170千卡/平方厘米,青海柴达木盆地可达200千卡/平方厘米左右,是全国总辐射量的最高中心之一。
沙漠里夏季白天虽然气温很高,但是相对湿度低,大都低于30%,有的地方甚至多次出现“零”的记录。高温低湿,热而不闷。此外, 日温差大,一般在1012-2012,最大可达4012以上。白天因空气干燥,万里无云,骄阳似火,直射地面。由于沙漠地表干燥、裸露,颜色浅淡,具有较大的反射能力,反射率估计可达30%,减少了太阳辐射能的吸收量;加之沙子的导热性小,储藏热量的能力很低,所吸收的辐射能大部分集中于沙地表面,促使剧烈增温。因此,沙漠里日出后气温就飞速直升,到了中午,气温常可高到4012左右;沙面温度更是高得惊人,多在7012以上。1974年7月14日下午4时半,在吐鲁番五星乡附近的流沙地上,测得沙面最高温度竟达82.312。可是,只要太阳西下,沙面散热就很快,温度迅速下降。1959年5月,沿和田河穿越塔克拉玛干沙漠进行科学考察时,白天测得最高气温40.212,而夜里却低到一4.012。一昼夜温度变化竟达40多度,真有“一日四季”之变,怪不得群众中流传着这样一句民谚:“早穿皮袄午穿纱,围着火炉吃西瓜”。
由于降水稀少,土壤在发育过程中很少受到淋溶的损失,因而矿物质比较丰富;再加上沙漠地区日照长,阳光充足,如能得到适当的水源,并加以人工灌溉,沙漠地区反而能够得到比一般土地更高的产量。青海的柴达木和新疆的塔里木、吐鲁番就是中国小麦和棉花的高产区。夏季日照长,白天高温且昼夜温差大,有利于作物营光合作用和高糖分的积累,为皿果的生长发育提供厂十分优越的条件。驰名中外、早已脍炙人口的吐鲁番葡萄、哈密瓜和白兰瓜等,都产于沙漠地区。
沙漠地区充裕的日照、强烈的太阳辐射,也为太阳能的利用提供了优越条件。
人类对太阳能的利用已有悠久的历史,我国早在2000多年前的战国时期就已经懂得用金属做成的凹面镜聚焦太阳光来点火。近些年来,由于常规化石嬲料能源危机,而能源需求量又不断增长,引起人们对太阳能开发利用的重视。专家们认为,从能源利用的长远观点看,除了煤、石油、天然气及核能以外,在21世纪的能源结构中,太阳能必将占据重要的一席之地,成为人类最向往和最理想的新能源之一。太阳能利用无疑已受到各国人民和能源专家们的普遍欢迎。
太阳能的利用,在高新技术进步的促进下日益广泛,其开发技术也越来越高超。目前主要用于三大方面:一是开发大规模太阳能发电,包括发电机组和太阳能电池;二是直接利用太阳能装置,包括太阳能房屋和直接在农业、诲水淡化上的应用;三是空间太阳能发电站的建设。这里主要介绍“太阳房”、“日光城”与“太阳村”。
据世界能源机构统计测算,目前世界上建筑物所需消耗的能源,约占总能耗的四分之一。这就迫使各国要认真研究解决充分利用太阳能的问题。因而,许多为建筑物服务的太阳能设施迅速发展起来,出现了被称为“太阳房”、“日光城”、“太阳村”等等的太阳能供应的建筑物。
(1) “太阳房”应运而生
所谓“太阳房”,就是在新型建筑物内配有利用太阳能的集热、蓄热、供热三大系统,以及辅助热源。目前建设的“太阳房”有主动式和被动式两种.或称“有源式热利用系统”和“无源式热利用系统”两种。用水泵或风机把经太阳能加热过的水或空气送入室内采暖,就叫主动式。目前最常见的新式住房在阳台上或楼顶上加装“太阳能热水器”就是一种;通过窗、墙、房顶部分以辐射、对流、传导三种自然热交换方式供热,就是被动式的。日本正在研究一种能发电的采光玻璃。三洋公司开发了一种在透光的同时能进行光电变换的产品,即透明非晶态电池玻璃。它是在玻璃基板上的非晶硅与其金属电极上开无数小孔,这样就既可透光、又可做为太阳能电池,外表看和普通玻璃相似,可直接用于房屋玻璃。
增设太阳能电池发电设备,井配有蓄电池,就可保证全年用电自给,从而利用太阳能给“太阳房”冬季取暖、夏季空调降温。这种以太阳能为主,多能互补的供暖供电建筑物,获得一个美誉叫“全能式太阳房”。这种房屋可减少80%以上常规能源的消耗。
现在世界各地已广泛采用简便的太阳能热水器,目前,正在兴起营建“太阳房”的热潮。实际上世界各地每天每时都在出现具有“太阳房”性能的新房屋。这种建筑十分诱人,今后必将迅速发展起来。
(2) “日光城”南国兴起
把“太阳房”的模式进一步扩展推广,就可以发展成一座主要靠太阳能作能源的城市,这种设想也正变为现实。据报道,澳大利亚正在兴建一座世界上最清洁的城市——“日光城”,它位于澳大利亚东海岸中部的布里斯斑市附近。在那儿新建的金字塔式的住房鳞次栉比,错落有致,一幢幢漂亮的大小楼房把小城市装饰得格外迷人。这些房屋的顶卜都有一个特殊的太阳能集热器,它可将水加热。由于这座城市在南半球,所以在房屋的北侧装着一种半导体太阳能电池组,可以将转换成的电能供给家庭使用。在这座“日光城”里,找不到一座烟囱,市内奔驰的汽车也都由太阳能电池提供动力,至于其他“小家电”如电视机、电烤炉、计算机等等,几乎都不用常规能源。
日本的“阳光计划”中,也拟于2010年结合其他太阳能技术,将大量太阳能被动式应用技术应用于住房上。
(3)沙漠建成“太阳村”
不仅工业发达国家要利用太阳能的优越性,就是地处沙漠地区的发展中国家也争相利用。1982年10月,沙特阿拉伯在离首都利雅德西北50千米处的沙漠上建成了第10个太阳村。这个村庄用160台太阳能发电机为附近3个村庄的4000名居民首次提供了可靠的电力,同时,这个太阳能系统还并入利雅德市的主要电网,使该市也能享受太阳能的恩惠。这个太阳村有一个先进的太阳能实验室,它能模拟和测量环境对太阳能功效产生的影响;它还在一个2000平方米的菜园试用太阳能灌溉系统。据专家说,从理论上讲,每平方米所接受的阳光就能够产生1千瓦的电能,但是目前的技术条件只能把大约12%的太阳能转变成电能。沙特阿拉伯发展这种“太阳村”的计划,是与美国合作进行的,总耗资1亿美元。1982年10月已建成最大的一座“太阳村”,并成为显示技术成就的样板。
沙漠中的魔鬼城
沙漠