點奧運圣火、在太空發(fā)電……太陽能還有多少驚喜是你不知道的?
來源:科普中國
發(fā)布時間:2024-07-27
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審核專家:錢航 中國航天科技集團一院航天科普專家

北京時間7月27日(當?shù)貢r間7月26日),第33屆奧林匹克運動會將在法國巴黎開幕,穿越百年,奧運圣火將再次點燃浪漫之都。

回顧奧運圣火的傳遞歷程,4月17日,巴黎奧運會火種在奧林匹克運動發(fā)祥地——希臘伯羅奔尼撒半島的古奧林匹亞遺址采集成功,7月14日,奧運圣火傳遞到巴黎。

圣火采集 來源:新華社

太陽與奧運圣火

火種采集儀式在第一屆古代奧運會舉辦地———希臘古奧林匹亞舉行,圣火將古代奧運會和現(xiàn)代奧運會聯(lián)系在一起。奧林匹克圣火自古以來就是和平與友誼的象征,還代表著人類以火為象征緊密團結在一起的積極價值觀。

2024年4月16日,在巴黎奧運會圣火火種采集儀式上,扮演女祭司的演員手捧火種罐。來源:新華社

不同于人工手段點火,為了彰顯圣火的純凈,火種采集自太陽光。采集過程非常簡單,用凹面鏡匯聚太陽光點燃在采集火炬上的膠片?;鸱N采集儀式開始前會進行彩排。彩排中采集的火種將予以保存,以備采集儀式當天天氣條件不佳時之需。巴黎奧運會火種采集就遇到了陰天狀況。

2024年4月15日,扮演最高女祭司的瑪麗·米娜(前左)在巴黎奧運會火種采集儀式彩排中取火。來源:新華社

在巴黎奧運會圣火火種采集儀式上,扮演最高女祭司的演員瑪麗·米娜從燃燒的火種罐中引燃火炬。來源:新華社

太陽與凹面鏡

奧運圣火的關鍵在于要有火,凹面鏡中并無火,為何也能取火點燃火炬?又為何有了凹面鏡,還要考慮天氣原因,在彩排中備采火種?

這就需要說說太陽光和凹面鏡之間的微妙聯(lián)系了。

凹面鏡,即凹面的拋物面鏡,起聚光作用。拋物線有一個重要性質:平行于對稱軸的直線經(jīng)過拋物線反射后匯集于拋物線的焦點。

采集圣火的拋物面內部涂了反光層,當它正對著太陽時,太陽光線平行于拋物面的對稱軸,經(jīng)拋物面反射后,陽光都聚集在拋物面的焦點,使得焦點處的溫度非常高,能夠達到火炬燃料的燃點。而女祭司將火炬燃口置于凹面鏡焦點處,這樣反射的太陽光就把火炬點燃了。

拋物面能夠將平行光線反射聚集于焦點,反之,置于焦點處的光源發(fā)出的光線經(jīng)拋物面反射后也將變成平行光線。比如,我們常用的手電筒、汽車前燈以及探照燈等都有拋物反射面。

太陽還能干什么

大家最先想到的,可能就是太陽能發(fā)電了。

太陽能發(fā)電是通過水或其它介質和裝置將太陽輻射能轉換為電能的發(fā)電方式,目前主要有兩種基本途徑:太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電。

太陽能熱發(fā)電

先將太陽輻射能轉換為熱能,然后再按照某種發(fā)電方式將熱能轉換為電能,即太陽能熱發(fā)電。

這其實也是利用了凹面鏡拋物面聚光原理。平行軸線入射的光線經(jīng)拋物面反射后會聚焦至焦點處,如果在焦點放置接收能量的裝置,就可以產生高溫,如果有高溫熱源就有了發(fā)電的可能。

目前根據(jù)聚光系統(tǒng)收集太陽能輻射方式的不同,太陽能熱發(fā)電技術主要分為塔式、槽式、線性菲涅爾式和碟式四大類形式。

我國首座太陽能熱發(fā)電實驗電站——北京延慶八達嶺太陽能熱發(fā)電實驗電站,于2012年系統(tǒng)貫通后,首次太陽能熱發(fā)電實驗獲得了圓滿成功。這標志著我國是繼美國、德國、西班牙之后,世界上第四個實現(xiàn)大型太陽能熱發(fā)電的國家!

太陽能光發(fā)電

通過光電器件將太陽光直接轉換為電能,即太陽能光發(fā)電。更為常見的太陽能發(fā)電方式是光伏發(fā)電,這種光伏電池板隨處可見,比如路燈、計算器、熱水器。

光伏發(fā)電技術在20世紀前半段不斷發(fā)展成長,但最初一般只用于軍工領域,直至1973年第一次石油危機,人們開始把光伏發(fā)電的應用轉移至民用領域。

比如航天領域的衛(wèi)星與空間站的供電,或者是裝上光伏電池的太陽能飛機,可以不間斷的連續(xù)飛行。未來甚至可能把太陽能發(fā)電站建在太空中,將電能無線傳輸至地面接收站或給空中的飛機續(xù)航。

太陽,這個地球上光與熱的來源,形成了風雨,養(yǎng)育了萬物。相信隨著人類社會的進步,未來對太陽的開發(fā)一定可以再上新臺階!

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