捕捉阳光的道具
图 | 太阳能电池板
太阳公公每天都在向地球播撒阳光，把我们的地球变得明亮而温暖。太阳为我们提供的光和热正是地球上所有生物赖以生存的能量来源。如果你觉得没有太阳，我们也有灯光、暖炉和食物，不会活不下来，那你可就低估阳光的作用了。你吃的米饭、面包、蔬菜水果全部都来自于植物在阳光照射下的光合作用；而鸡、鸭、猪、牛这些动物都需要用植物饲养。
你可能会想，用人工光源也一样可以让植物光合作用，在不愁用电的现代生活中，光和热似乎都可以不用依赖阳光。那你知道制造这些光和热需要的能源又是从哪里来的呢？没错，煤炭、石油、天然气这些化石燃料是我们现在最主要的能源物质，可埋在地下的它们和太阳又有什么关系？你还记得化石燃料都是怎么来的吗？它们可是远古时期的动植物遗体转化而来的，和现代生物一样，它们的生存也离不开太阳。不仅是化石燃料，实际上风能、水能等等能源在本质上也是由太阳的热辐射间接产生的。所以地球上几乎所有能源本质上都是太阳能。
太阳公公源源不断的活力是从哪儿来的呢？那是因为他在昼夜不停地进行着核聚变反应，氢原子核聚合成氦原子核时会释放出大量能量，以光子的形式向四面八方辐射，也光临了我们的地球。
早在人类学会用电之前，我们就已经知道利用阳光取暖、加热食物，但那样获取阳光的方式效率太低了，虽然阳光可以遍及地表，不需要我们像勘探煤矿、石油一样费力寻找，但大多数照到地球上的阳光其实都没有得到利用就白白散失掉了。那要如何才能直接高效地利用阳光呢？
我们知道晒太阳会让人觉得暖洋洋，可以让洗过的衣服变干，这都是因为光能被转化成了热能。但这种自然加热的速度很慢，如果采用热传导效率高的材料（如深色金属涂层），并且以最佳角度接收阳光，就能更高效地将光能转化成热能。屋顶上安放的太阳能热水器就是这样收集阳光的能量来加热水的。一些太阳能发电场还会利用阳光加热水产生的蒸汽来带动涡轮机发电。
另一种更高效的太阳能转化方式是直接将太阳能转化为电能。这种能够捕捉阳光的设备被称为太阳能光伏发电系统，它的核心部件是太阳能电池板，由半导体材料（以硅为主）制成。当有足够的阳光打在电池板上时，其中的电子会被光子激发出来，使电池板的电荷分布发生变化，形成电势差，进而产生电流，这样的过程被称为光伏效应。
在阳光充足的地方比如一些沙漠中，我们铺设了大面积的太阳能电池板，建造起太阳能发电场。在我们身边已经有一些路灯就用上了太阳能电池，它们白天晒晒太阳，就可以把光能以电能的形式存起来，然后在夜晚继续为我们照明。一些建筑穿上了太阳能电池板的外衣，用来收集热量或发电。太阳能汽车和飞机也不再只是科幻小说中的虚构交通工具，而有了现实的进展。太阳能电池甚至还被送上了太空，为卫星提供动力。
不过目前太阳能电池板的能量转化效率（一般在15%~22%）并不是很理想，而且阳光的强弱容易受到天气的影响，所以太阳能电池还并未成为发电的主力军。但太阳能是一种非常清洁、环保的可再生能源，值得我们去开发更高效的光能转化设备。还有科学家提出要在宇宙中建立空间太阳能发电站，在更靠近太阳的地方捕捉阳光。
但愿在未来，我们只要给电池晒晒太阳就能快速完成充电，让太阳公公成为我们最直接可靠还环保的能量来源。
作者：Mirror
审稿：于颖卓，中科院地理科学与资源研究所博士
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