从石器时代开始看人类的太阳能应用史

引言

一说到新能源，人们往往会联想到“新能源汽车”，但实际上新能源的概念并非如此。

新能源的定义源自于1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”，会议将新能源定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源。

因此新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能、潮汐能、核聚变能，以及海洋表面与深层之间的热循环等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能等能源，称为常规能源。

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而新能源中最被人们广泛认知，且在生活中能够接触到的，当属太阳能。在化石能源日趋减少的当下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并仍在不断发展。

01 石器时代

太阳能即是对太阳辐射能的利用，自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而人类对太阳能的利用最早可以追溯到石器时代。

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6000年前，半坡考古遗址的住宅入口被刻意朝向正午的太阳，以便在冬季接收最大的太阳热量。在炎热的月份里，悬垂的茅草屋顶可以让房屋远离更多的阳光。将主要生活空间淹没在地下，以降低室内温度，这可能是人类对太阳能最早与最初的利用。

02 青铜器时代到城邦或封建政权建立

从青铜器时代到城邦或封建政权建立，人类对于太阳能的利用逐渐宽泛起来。人们用阳光晒干物件，或是将新鲜食物晒干脱水以便长期储存，甚至运用太阳制盐...除此之外，还将太阳能的运用融入到建筑设计与城市的规划当中。

从古代中国至今，人们一直奉行“坐北朝南”的建筑设计。中国处于北半球、欧亚大陆东部，大部分陆地位于北归线以北，太阳多从东偏南升起，从西边落下。冬季，太阳高度角较小，住宅的门、窗朝南，可使更多斜射的太阳光线进入室内，从而提高室内温度；而在夏季，太阳高度角增大，太阳从门、窗射入的光线相对就少，还可避开下午最热时的直射阳光，从而能保持室内有一定的凉意。

而在遥远的西方，古希腊城邦同样意识到了这一点。古希腊哲学家苏格拉底推崇“漂亮且实用”的建筑设计原则，而在考虑到建筑实用时，他就提到了让房屋朝南，以便阳光穿透有盖的门廊，照进人们的生活空间，从而实现屋里夏凉冬暖。

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古希腊的城市与古代中国采用了相同的策略，以棋盘式布局，主要街道为东西走向，因此所有房屋，无论大小，都朝南。亚里士多德评论说，这种合理的规划可以方便地安排房屋，以便可以最大限度地利用太阳的升落路线，确保人们全年都感到舒适。

03 中古时代

到了近代，人类对太阳能的利用慢慢不再局限于阳光与晾晒这种基础层面。

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北宋科学家沈括（1031-1095）编著的古代自然科学著作《梦溪笔谈》中这样记述：“阳燧面洼，向日照之，光皆向内，离镜一、二寸，光聚为一点，大如麻菽，着物即发火，此则腰鼓最细处也。”其中提到的“阳燧照物取火”应是我国较早关于凹面镜聚光与“太阳灶”雏形的记录了。

欧洲文艺复兴时期，著名画家、自然科学家达芬奇（1452-1519）也对太阳能集中器颇有兴趣。他观察到在佛罗伦萨，冶金工人使用凹面镜进行焊接，普通市民依靠它们来点燃燃料烹饪主食。于是他提议建造一面半径为4英里的镜子，可以“为染色厂或游泳池中的任何锅炉提供热量。”虽然这并未得以实现，但不妨碍其为后来太阳能的更好利用提供了设想。

04 近现代

1839年，时年仅19岁的法国科学家贝克雷尔在他父亲的实验室中，缓慢地将两片铂金属电极插入到氯化银酸性溶液中。他不知道的是，光伏世界的大门，正随着这一场“错误”的实验慢慢大开。在测量在这些电极之间的电流时，他发现，光线中的电流略大于黑暗中的电流；他将这种现象命名为光生伏特效应。他不曾料到的是，他在这场实验中观测到的小小的光电流，会在百年之后为人类的能源利用带来重大变革。

到1860年代后期，麦克斯韦等科学家们发现半导体材料硒的电导率受到光的影响。随后英国科学家威廉·格里尔斯·亚当斯和他的学生理查德·埃文斯·戴发现硒在光线下会产生电能，证明了固体金属可以直接将光转换为电能。

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  ·1883年，美国科学家查尔斯·弗里茨在锗片上镀上一层硒金属电极，制作了第一块光伏电池。

  ·1907年，爱因斯坦提供了基于光子量子假设的光电效应理论解释。

  ·1912年至1916年，美国实验物理学家罗伯特·安德鲁斯·米利肯通过实验证实了爱因斯坦对光电效应的猜想，为光伏发展提供了坚实的理论支撑。

  ·1916年，波兰化学家扬·柴可拉斯基发现了提纯单晶硅的拉晶工艺，为光伏技术提供了材料基础。

  ·1940年，美国半导体专家拉塞尔·奥尔制造出了固态二极管的基本结构p-n结，进一步推动了光伏发电迈向工业领域的进程。

  ·1953年，美国物理学家达里尔·恰宾，杰拉尔德·皮尔松和化学家卡尔文·绍瑟·福勒首次制成了实用单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

  ·从此，太阳能电池与光伏发电技术走向更广阔的空间，在航天、交通、通信及电力供应等众多领域得以广泛应用。

结语

从石器时代到中古时期，再到近现代，人类对于太阳能的利用从单纯的光热转换一步步发展到光电转换，并逐渐掌握光热光电两种太阳能利用模式。这是人类对于太阳能应用与理解不断加深的结果，也是人类对于自然科学不断探索，人类文明不断寻求前进的结果。

人类对新能源的追逐，并不仅仅因为化石能源的枯竭，常规能源的桎梏；更是因为人类文明本就是在不断寻求前进与突破的，正是基于如此才创造了我们多彩绚烂的文明与历史。益祥资本关注新能源赛道的投资，也是怀着这样的初心，我们希望以金融投资的力量，持续助力文明进步，促进社会发展，推动世界变革，为人类创造更加美好的未来。

参考资料：

1.部分内容参考新能源网；

2.部分内容源自沈括《梦溪笔谈》·阳燧照物篇；

3.部分内容参考“光生伏特效应”注释；

4.部分内容参考物理学家、研究员和作家约翰·佩林的著作《让它闪耀（LET IT SHINE）》；

5.部分内容参考中国能源网·全球光伏发展简史。