一、开发利用太阳能的新材料和新设备
（一）开发利用太阳能所需的新材料
1．探索利用太阳能所需的新型无机材料。
⑴发明兼有太阳能热水器功能的外墙玻璃。2005年2月，来自巴黎的消息说，法国国家实用技术研究所，建筑材料专家罗宾等人组成的一个研究小组，发明了一种建筑外墙玻璃。这种建筑外墙玻璃，同时可以作为太阳能热水器使用。
研究小组认为，这一研究成果，非常符合法国提倡的建筑节能要求，其综合成本低于普通的太阳能热水器。
据介绍，这种双层中空玻璃40％的面积是透明的，余下部分被盘旋状铜管以及银反射管所覆盖，当然覆盖物在玻璃内层。
罗宾说，这种双层中空玻璃可以吸收太阳能把水加热，对于一个大楼说，仅仅利用外墙玻璃就能解决热水问题，每年可节省大量电力或煤气。当然，新型玻璃在保持屋内温度，防止过多阳光进入屋内等方面与普通建筑外墙玻璃没有区别。
罗宾介绍道，这种玻璃并非是完全透明的，因此它不是用来取代窗户玻璃的，而是用来替代除窗户外的其他各种建筑外墙玻璃的。
罗宾还指出，从价格方面，在法国，安放在屋顶的太阳能热水系统，往往需要每平米1000多欧元，而这种新产品除了可以把水加热外，还可以做外墙玻璃，成本已经打入建筑工程成本，无须其他支出，因此很有市场竞争力。
近年来，法国政府大力发展节能型建筑，旨在改善房屋结构和利用自然能源达到节电和环保目的。利用太阳能将水加热，是受到法国政府支持的重要建筑节能技术之一。
⑵揭开铋铁酸盐薄膜的光电机制秘密。2011年9月，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室，及加州大学伯克利分校研究人员组成的一个研究小组，在《物理评论快报》上发表研究成果称，他们揭开了铁电材料铋铁酸盐薄膜，在光照条件下产生高压电的。
铁电材料是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。研究人员已经了解到铁电材料的原子结构，可以使其自发产生极化现象。但至今尚不清楚，光电过程是如何在铁电材料中发生的。如果能够理解这一光电机制，并应用于太阳能电池，将能有效地提高太阳能电池的效率。
研究人员所采用的铁电材料，是铋铁酸盐薄膜。这种特别制作的薄膜有着不同寻常的特性，在数百微米的距离内，整齐而有规律地排列着不同的电畴。电畴为条状，每个电畴宽为50纳米到300纳米，畴壁为2纳米，相邻电畴的极性相反。这样，研究人员就可以清楚地知道，内置电场的精确位置及其电场强度，便于在微观尺度上开展研究，同时也避免了杂质原子环绕及多晶材料所造成的误差。
当研究人员用光照射铋铁酸盐薄膜时，获得了比材料本身的带隙电压高很多的电压，说明光子可释放电子，并在畴壁上形成空穴，这样即使没有半导体的P—N结构，也可形成垂直于畴壁的电流。通过各种试验，研究人员确定畴壁在提高电压上具有十分重要的作用。据此他们开发出一种模型，可令极性相反的电畴制造出多余的电荷，并能传递到相邻的电畴。这种情况有点像传递水桶的过程，随着多余电荷不断注入锯齿状相邻的电畴，电压可逐级显著增加。
在畴壁的两侧，由于电性相反，就可形成电场，使载电体分离。在畴壁的一侧，电子堆积，空穴互相排斥；而另一侧则空穴堆积，电子互相排斥。太阳能电池之所以会损失效率，是由于电子和空穴会迅速结合，但是这种情况不会在铋铁酸盐薄膜上出现，因为相邻的电畴极性相反。根据同性相斥，异性相吸的原理，电子和空穴会沿相反的方向运动，而由于电子的数量远超空穴的数量，所以多余的电子会溢出到相邻的电畴。
铋铁酸盐薄膜本身并不是一种很好的太阳能电池材料，因为它只对蓝色和近紫外线发生反应，而且在其产生高电压的同时，并不能产生足够高的电流。但是研究人员确信，在任何具有锯齿状结构的铁电材料中，类似的过程也会发生。
目前，研究人员正在调查和研究其他更好的替代材料。他们相信，该技术如果应用于太阳能电池，将使太阳能电池产生较高的电流，并能大幅提升太阳能电池的效率，有望生产出性能强大的太阳能电池。
2．探索利用太阳能所需的新型有机材料。
⑴以聚碳酸酯为底板制成节能环保的“太阳能瓦片”。2006年6月，澳大利亚西悉尼大学应届毕业生塞巴斯蒂安•布拉特，发明一种“太阳能瓦片”，具有三种功能：一是发电，利用太阳光产生电能，可使照射到瓦片上的12～18%的太阳光转换成电能；二是加热，通过中间换热器，提高住宅自来水管中的水温，它依靠热辐射而不是通过接收光电板来实现，所以不同于一般的太阳能热水器的功能；三是盖房，它与普通太阳能电池有一个明显区别：不是简单地安放在屋顶表面，而是直接制成一整套屋顶上的瓦片，可以替代普通瓦片覆盖在屋顶上，节省了盖房所用的瓦片，这是该发明的一个重要创新之处。
“太阳能瓦片” 是由透明聚碳酸酯底板和两块主层组成，其中一块主层是太阳能电池，另一块主层是带有载热体的薄贮存器，其优点是可以拆卸电学和水力学部件。
这种“太阳能瓦片”把发电、加热和盖房三种功能结合在一块瓦片上，用它来建造新型城郊住宅，不仅能在晴天确保住宅的用电和热水，而且可以把多余的电能输入电网或蓄电池中，使阴雨天也能保证电力和热水的供应。
⑵开发出遇光吸热按需放热的新聚合物膜。2016年1月，美国麻省理工学院杰夫瑞·格罗斯曼教授、研究人员尤金·周等人组成的研究小组，在《先进能源材料》杂志上发表研究成果称，他们研制出一种实现化学储能的固体材料：透明的聚合物薄膜。它能在白天存储太阳能，并在需要时放热，可用于窗户玻璃或衣服等多种不同的表面。
格罗斯曼教授解释说，要想长期稳定地存储太阳能，关键是将其以化学变化而非热量的形式存储起来。目前建立在化学反应基础上的储能材料名为太阳热燃料(STF)，已被研制出来，但只能在液体中使用，无法制成持久耐用的固态薄膜。本次新研制出的聚合物薄膜，是首个基于固态材料的聚合物，不仅原材料便宜且制造过程简单。
尤金·周指出，制造这种新材料只需两步，非常简单。他们以偶氮苯进行实验，通过改变分子组成来对光做出反应，随后在小的热脉冲刺激下，恢复到原始状态，并在此过程中释放出更多热量。在实验中，研究人员修改其化学属性从而改进能量密度，形成光滑的表层和对热脉冲的反应能力，最终得到了这种极其透明的新材料。
研究表明，新透明薄膜可整合进汽车的前挡风玻璃，吸收太阳光并存储起来，随后只要一点热量“激活”，它就能释放出热量，融化玻璃上的冰。该系统可改进电动汽车的性能。在寒冷天气，电动汽车消耗了太多能量来加热和融冰，新聚合物有望大幅降低此类消耗。
格罗斯曼表示，目前，这种新材料呈微黄色，影响了透明度，他们正在进行改进。另外，释放的热只能比周围环境高10℃，他们希望能提高到20℃。
3．探索利用太阳能所需的新型复合材料。
研制出可让窗户动态调控光和热的纳米复合材料。2015年7月23日，物理学家组织网报道，德克萨斯大学奥斯汀分校化学工程教授迪莉娅·米丽蓉领导的研究小组，率先在世界范围内研发双频段电致变色材料，这种材料具有显著的光学特征，它可以选择性地控制可见光和产生热量的近红外光。近日，他们分别在《纳米快报》和《美国化学学会杂志》上发表两项有关电致变色材料的研究成果，一种是高选择性的制冷模式，一种是高选择性的制热模式，这在几年前都被认为是不可能的。
研究人员说，这项研究，朝着智能窗户又迈进了一大步，可以让窗户透光的同时不传送热量，或者让窗户传送热量的同时遮挡光线。
据悉，该研究小组使用一种纳米复合材料实现制冷模式，它可以遮挡90%的近红外光并允许80%的可见光通过，这可以在不影响建筑内部采光的前提下，显著减少夏季制冷的能耗。另一方面，他们用概念验证的方法证明，可以使用含有二氧化钛纳米晶体的涂层，实现材料的制热模式。在这种模式中，可见光被遮挡，而近红外光则可以通过。这种设计在晴朗的冬季会非常有用，因为在这种模式下，居住者可以让尽量多的近红外光透过窗户以传递热量，而减少阳光的刺眼程度。
两种模式均需要借助微弱的电压实现，但由于所使用的电压不同，所以这种材料可以选择性地遮挡可见光或者红外光，以实现制冷或制热。为了优化电致变色材料的性能，他们将这种纳米复合材料设计成多气孔的网状，这种结构为电子和离子的流动提供了通道，因此使制冷和制热模式的转换速度显著提升：只需要几分钟就可以完成模式切换，而之前的材料需要几个小时才能实现。
米丽蓉说：“这两项进展说明，对光照进行复杂的动态控制是有可能的，我相信，我们精心研制的纳米复合材料，可以达到商业化智能窗户对性能和成本的要求。”
（二）研制更好利用太阳光和热的新设备
1．探索直接利用太阳光的新设备。
发明太阳能直接驱动的光动力马达。2008年7月20日，日本共同社报道，日本东京工业大学化学专家领导的一个研究小组，发明了一款太阳能直接驱动的光动力马达。
研究人员称，这是世界上首个光动力马达。这一光动力马达的工作原理是，一种特殊塑料，可在不同光线照射下实现伸缩，从而带动马达运转。
研究人员认为，现有太阳能电池，需要把太阳能转换成电能后才能加以利用，而光马达可以直接把太阳能转化为动能。这项成果，经过进一步研究，有望衍生出新型太阳能动力设备及装置。
2．探索更好地利用太阳光所产生热的新设备。
发明夜里也能提供热水的太阳能设备。2005年12月，德国媒体报道，德国卡塞尔大学热能技术研究所一个研究小组，发明了一套夜里也能提供热水的太阳能设备。
研究人员介绍，这种新设备由空气收集器、水气热传导装置和太阳能收集装置组成。空气收集器，吸收被太阳光加热到45℃的外部空气。然后，在水气热传导装置里，被吸入的空气，可以使水温提高到约20℃。接着，在太阳能收集器里，水温通过太阳照射升高到35℃。最后，水被传统方式加热到60℃，并通过远距离供热管道送到居民住宅。
在同样把水温加热到60℃的情况下，采用太阳能预热方式，要比通常加热方式，节省燃料约1/3。即使在夜里，这种装置，也能继续利用白天被太阳晒热的周围空气，提供热水。
（三）研制利用太阳能发电的新设备
1．开发用于太阳能发电的天线。
⑴研制能为太阳能电池提供更多能量的“捕光天线”。2007年2月，有关媒体报道，作为21世纪最有潜力的清洁能源，太阳能产业有着巨大的发展前景，可以为目前能源短缺和非再生能源的消耗所引起的环境问题，提供一个很好的解决途径。实际上，如果能把太阳光照射地球表面1个小时产生的所有能量聚积起来，就足以满足人类整整一年的能源需求。但是，目前最有效也是最昂贵的太阳能电池也仅能将所获得光能的17%转化为电能，而成本较为低廉的二氧化钛太阳能电池的光转化效率只有10%。如何将这些免费送达地球的能量加以充分利用，是发展和推广太阳能应用的关键。
植物的光合作用给了研究人员很多启发。绿色植物和藻类能吸收并利用光能，通过光合作用生长繁殖，而捕光正是光合作用中最原初的过程。比如生活在罕见阳光的深海环境中的海藻，就可依靠一种被称为聚光色素复合体的杆状结构来捕光，色素复合体中含有数千个聚光色素分子，可以帮助海藻吸收极微弱的阳光。这些能吸收聚集光能的色素也被称为天线色素。德国卡尔斯鲁厄大学纳米技术研究所的巴拉班表示，深海海藻通过天线色素能够捕获可利用光中高达97%的光子。
事实上，所有植物都有这种由一层层聚光色素分子构成的“天线”，大部分绿叶的光利用率在30%—40%。以此为基础，巴拉班以及很多研究小组都研制出了类似的人造“捕光天线”，并计划开发带“天线”的新型太阳能电池，希望藉此能够提高太阳能电池的效率。
澳大利亚悉尼大学的马克斯·克罗斯利带领的研究小组，率先利用合成紫质（卟啉，一种色素分子）制成了人造“捕光天线”。合成紫质可以吸收较大范围光谱的光，将100多个这种分子“搭建”在类似植物脉络结构的支架上，就形成了“捕光天线”。不过依靠现有技术，一点一点排列这些色素分子是一个耗时耗力的过程。
美国亚利桑那州州立大学的研究人员，则试图采用DNA折纸术来控制色素分子的排列，让“捕光天线”进行自我组装。所谓DNA折纸术，就是用一根单线条来绘图，将一根长的DNA单链像绳索一样反复折叠，最终形成所需要的图形。研究人员把合成紫质与DNA单链“绑”在一起，并希望通过多条DNA单链的组合，构建出一个含有大量色素分子的三维支架状“天线”。
而巴拉班则直接照搬了自然界植物“捕光天线”的原理。他和同事发现，有些分子可以吸附在植物色素分子上，并像胶水一样将色素分子黏合在一起。他们找到了很多可以充当“胶水”的物质，包括锌分子等。实验证实，在“胶水”分子的帮助下，合成紫质分子很容易就自动结合在一起形成“捕光天线”，并且能够在阳光下吸收光子。巴拉班表示，要让这个雪茄状“天线”吸收特定光谱范围的光，只需调整它的长度就可以了。如果吸收可见光，“天线”长度通常在100纳米左右。目前，巴拉班正在尝试把人造“天线”安装到二氧化钛薄膜上，这是制造低成本太阳能电池的关键一步。他还打算将这种“捕光天线”与不同的半导体材料结合，运用到现有的其他种类太阳能电池上。
那么，“捕光天线”到底如何为太阳能电池提供更多能量呢？在植物的光合作用中，天线色素分子将吸收的光能传递给一种特殊的名为P680的叶绿素分子，P680吸收能量后释放出高能电子，将二氧化碳转化成为植物所需要的糖分。而在太阳能电池中，合成紫质分子吸收光子后将其传递到半导体材料，光子经碰撞后各释放一个电子，从而形成电流。
不过，麻省理工大学的丹尼尔·诺切拉认为，要促使太阳能转变成为目前主要的能源资源，单单依靠安装“捕光天线”来提高太阳能电池的效率是不够的，还需要找到有效储存太阳能的方法，以方便运输，同时保证夜间也能使用。
诺切拉也正在同斯坦福大学的内森·路易斯合作研制“捕光天线”，不过他们的目的不是要将光能转化为电能来利用，而是要制造更容易储存的氢。在他们的装置中，光子释放出来的电子在催化剂的作用下，可以将水分解为氢气和氧气。氢气可以储存在太阳能电池中备用。整个过程与光合作用将水分解为氢和氧的原理相似。
虽然利用可再生能源制备氢气的做法并不新鲜，但是诺切拉相信，他们研制的带有“捕光天线”的太阳能电池制氢装置，不仅能够提高电池的使用效率，而且还可以避免电能转移过程中出现的能量损失问题，可谓一举两得。不过，诺切拉承认，把这两个步骤成功地合二为一还需要一定时间。
⑵研制能捕获90%以上光能量的纳米天线。2011年5月，美国密苏里大学化学工程学院副教授帕德里克·宾海罗、科罗拉多大学电力工程教授加勒特·蒙代尔，以及马萨诸塞州一家公司相关专家组成的研究小组，在《太阳能工程》杂志上发表研究成果称，多年来，太阳能电池板利用太阳能效率很低，只能利用所获得光源的约20%。现在，他们开发出一种柔软的太阳能薄片，能捕获超过90%的光能量，并计划在5年内制造出可用于消费领域的样机。
该设备是一种纳米天线电磁收集器，能收集太阳光谱中的中红外光和可见光，而中红外波长是传统光伏太阳能电池无法利用的。这项技术的最初设计理念，是将天线从无线电频率扩展到红外光和可见光领域。
该研究小组开发出一种特殊的高速电路，能从收集的阳光和热量中提取电流，并找到经济的太赫兹纤维材料，可用于大规模生产简单的方形回路纳米天线阵列。研究小组曾开发出一种可模压的小型薄片天线产品，能将工业过程中产生的热收集起来，转化为可用电力。他们将这种天线产品改造，变成了利用光照的设备。
宾海罗表示，我们的总体目标是收集利用尽可能多的太阳能，使其尽量达到理论可能性，并以一种廉价的成套设备方式进入商业化市场，让每个人都能利用它。
如果能获得美国能源部的支持或私人投资，相信在5年内，就能生产出太阳能新产品，以弥补传统光伏太阳能电池板的不足。他们的产品是一种柔软的薄膜，可以和屋顶面板类产品结合起来，或用来订制专门的电力工具。此外，还能用于红外探测仪、光学计算、红外视距通信等领域。
⑶研制成能把太阳光直接变成直流电的光学整流天线。2015年9月，最近，美国佐治亚理工学院乔治·伍德拉夫机械工程学院巴拉图德·科拉副教授领导的一个研究小组，在《自然·纳米技术》上网络版上发表研究成果称，他们开发出一种光学整流天线，能把太阳光直接转变成直流电。研究人员认为，这一成果，有望提供一种无需制冷的光检测新技术，也能收集废热转化成电力，并最终成为利用太阳能的一条新途径。
研究人员表示，这种光学整流天线能在5℃到77℃的温度下工作，是以碳纳米管作为天线，捕获阳光或其他光源。当光波撞击纳米管，产生的振荡电荷会通过整流器，整流器以千兆赫兹的频率开关，产生微小的直流电。虽然目前设备的效率只有1%，但数十亿整流天线排成阵列，就能产生强大电流。
整流天线开发于上世纪六七十年代，一般在10微米左右的波长范围工作，而新的整流天线进入到可见光范围，要求天线和整流二极管足够小，并能极快地捕获电磁振荡。科拉解释说：“整流天线本质上是一个天线配上一个二极管，但到了可见光范围，意味着用纳米天线配上一个金属—绝缘—金属二极管。天线与二极管之间离得越近，效率就越高。所以，理想的结构，是把天线用作二极管中的金属——这就是我们造的结构。”
据报道，研究人员先在导电基质上，生长出垂直对齐的碳纳米管丛，再用多种纳米制造技术，造出金属—绝缘—金属多层结构的整流器。在工作中，光的振荡波通过钙—铝电极并与纳米管相互作用，纳米管顶端的整流器能以飞秒速度开关，让天线产生的电子只从一个方向进入电极。
科拉说，目前造出的整流天线还需提高效率，开放碳纳米管实现多导电通道、降低电阻等，将最终造出效率是目前两倍、成本更低的太阳能电池。研究人员还希望，通过最优化技术提高输出功率。他们相信，有商业价值的整流天线，可能一年内就会出现。
2．研制陆地上利用太阳能发电的新设备。
⑴设计能产生电力的美观而环保的“太阳能睡莲”。2008年5月，英国媒体报道，苏格兰著名的ZM建筑公司，近日为格拉斯哥市设计出了一套可持续能源方案，其中最引人注目的，是该公司皮特·理查森设计的一种漂浮在河面上的“太阳能睡莲”。
报道称，在格拉斯哥市克莱德河中摆放的这些“太阳能睡莲”，表面上看起来像是一片片巨大的植物睡莲，相当美观。实际上，这些“睡莲”全是巨型太阳能帆板，能把日间吸收到的太阳能收集起来，转化为电能向城市输送。
由于“太阳能睡莲”，具有独特的创造性、美观性和实用性，曾获得国际设计大奖。ZM建筑公司的负责人表示：“这种太阳能浮板转化的电能，比通常放置在屋顶的太阳能板，以及风力涡轮机转化的更多，这是城市能源计划中一个非常有创新性的点子。”此外，由于太阳能帆板模样美观，一旦投入使用，也就成为城市一道独特的风景。
⑵开发大幅提高太阳能收集能力的聚光器。2008年7月11日，美国麻省理工学院电机工程副教授马克·巴尔多领导的研究小组，在《科学》杂志上发表研究成果称，他们创造出一种新颖的太阳能聚光器方法，既能提供清晰视野与照亮房间，又能利用阳光给建筑提供有效的电力供应。
巴尔多表示，这种新型太阳能聚光器利用一种涂料，在大范围（如一扇窗户）内收集太阳光，然后聚集到边缘。这样，并不需要在整个屋顶布满昂贵的太阳能电池，而只需将太阳能电池围嵌在平面玻璃板的边缘，就能使每个太阳能电池收集的能量提高40倍以上。
目前，使用的太阳能聚光器，依靠追踪太阳光来产生高光学能，常常需要使用大型移动式镜子，部署与维护都很昂贵。处于镜子焦点的太阳能电池必须加以冷却，而且整个装配会浪费周围空间以避免遮蔽邻近的聚光器。
研究人员把为激光与有机发光二极管而开发的光学技术，移植到新型太阳能聚光器上，采用了一种包含两种以上涂料的混合物，并将这些涂料涂在特殊玻璃窗或塑料嵌板上。这些涂料能一起工作以吸收大范围的波长，然后以不同波长重新发射，并通过嵌板传送给窗边缘的太阳能电池上。简言之，即将不同波长的太阳光集中为光能，再由太阳能电池负责把光能转换为电能。此项技术，可吸收大范围波长的聚光器，能使太阳能电池在每个波长上达到最优化，大幅减少了光传送损失，增加了总的输出功率。
以前的太阳能电池聚光器，都是利用大面积的移动镜面追踪太阳聚光，而今的技术避开了其弊端。新系统非常易于制作，由于减少了太阳能电池的面积，因此降低了成本。研究人员相信在3年内即可实现商业化，或者甚至添加到现有太阳能系统中，也能以最小的额外成本增效50％，从而大幅降低太阳能发电的成本。
美国能源部科学办公室基础能源科学计划经理阿拉维达·吉尼认为，这种创新设计，在无须进行光追踪的条件下，就能实现出色的太阳能转换，由此证明了要在“以具成本效益的方法利用太阳能”方面，获取具有革命性的领先成果，创新性的基础研究有着不可或缺的重要性。
⑶欲建造“千米太阳能塔”进行发电。2008年7月，美国生活科学网报道，在美国西南部未来有可能出现一座“太阳能塔”，这是一种最新的能源生产概念，看上去它就像一个巨大的烟囱，但并不释放有害浓烟气体，而是通过太阳能加热空气，并转换成为电能，可以供20万户居民使用。
类似的太阳能装置，设计的提出已有20多年。原型基础设计叫做“太阳能收集器”，用于加热地球表面附近的空气，将加热的空气引导进入高中枢塔，位于塔底部的涡轮通过上升气流制造出电能。澳大利亚能源任务有限公司的吉姆·福特说，“太阳能塔的设计，结合了烟囱、旋转涡轮和温室，最终实现了电能生产。”
由澳大利亚能源任务有限公司设计高达1千米的太阳能塔，美国政府很可能会接受这项设计理念，并计划在美国西南部建造。太阳能塔是升级版的太阳能烟囱，太阳能烟囱是一项历史悠久的技术，利用太阳能加热空气形成自然上升气流，进而制造电能。
福特称，太阳能塔的物理设计，非常类似于大气层旋涡发动机，一种人造旋涡烟囱装置加热空气进入空中，即使该涡旋将延伸超过一个固体结构，但太阳能塔的结构设计能够实现电能转换生成。
1982年，一个小型太阳能塔，建造在西班牙曼沙那列士地区，这座塔高度为195米，被一个透明温室遮篷围绕着，该透明遮篷覆盖直径为244米。它起初是作为一个测试原型，最大输出电能仅50千瓦。这个小型太阳能塔采用便宜的材料建成，目的是利用最低的建造成本，但是1989年在一场暴风中，这座太阳能塔最终被吹垮。福特说：“与之对比，澳大利亚能源任务公司设计的太阳能塔，采用混凝土结构，可持续使用至少50年。”
目前，能源任务公司不仅计划建造更坚固结实的太阳能塔，还计划将太阳能塔建得更高，这可以实现地面和塔顶部产生更大的温差，温差较大可提供烟囱结构更强大的抽吸能力。最理想的设计是太阳能塔的高度为800米～1000米，其周围围绕一个直径1.5英里的温室遮篷。福特说：“这才是理想的太阳能塔结构，随着碳燃料的价格上涨，太阳能塔将更具商业化优势。”
在一个阳光充足的日子里，太阳能塔顶部空气可达到20℃，在地面温室遮篷的空气可达到70℃，当热空气以55公里/小时速度沿着太阳能塔上升时，32个旋转的涡轮将生产出最大20万千瓦的电能。尽管在这种工作状态下，太阳能塔转换太阳能为电能的效率，还不足太阳能电池板的十分之一。但是太阳能塔的优势是更易维持，成本更低。
依据2005年产业报告，具有20万千瓦电能生产能力的太阳能塔，其建造大约需要10亿美元，这意味着每千瓦小时的成本，仅是当前太阳能电池板生产电能价格的三分之一。然而，太阳能塔必须建造得相当大，才能发挥电能生产效力。能源任务公司近期研制一个稍微小一些的太阳能塔设计方案，其最大输出电能为5万千瓦，可适用于一些市场和社区。
由于澳大利亚政府缺乏财政支持，能源任务公司目前与美国太阳能任务技术公司协商计划在美国境内建造太阳能塔，该公司现已评估美国4个地点的气候，适合于建造太阳能塔。据了解，虽然太阳能塔在夜晚很少输出电能，但在夜间该装置仍处于工作状态。
与煤、天然气和核发电等传统电能制造技术相比，太阳能塔是未来最理想的电能生产途径。毕竟太阳每天都会升起落下，人们能够持续利用这种资源。
3．研制太空上利用太阳能发电的新设备。
⑴打算建造太空“蜘蛛”机器人来传输太阳能。2006年9月，有关媒体报道，造型酷似蜘蛛的机器人能否在太空中编织复杂的结构，最终形成一个巨大的太阳能电池网，通过卫星将太阳能传输回地面呢？日本在今年早些时候，通过发射卫星所进行的试验表明：这一设想是切实可行的。
这次试验的太空“蜘蛛”，其原型是由欧洲宇航局（ESA）和维也纳工学院的工程师共同研制的，旨在测试它们在无重力或微重力的状态下，是否能稳当地沿着各自的路径爬行。
也许是，这些太空“蜘蛛”相貌奇特使然，测试过程中不乏值得一提的亮点。例如试验伊始，只见母船中释放出3颗小卫星，它们拉开阵势，形成一个三角形的网，每条边长约为40米。这就是太空太阳能板的雏形。
在此过程中，母飞船会释放一根根“蜘蛛线”，与这些小卫星相互连接，藉以保持稳定。一旦部署停当，太空“蜘蛛”即根据地面控制站的指令，对母船和自身的微波天线进行同步调整，将信号发回地面。
然后，从母卫星中爬出2个体积较小的机器人，分别取名叫“小罗比太空”1号和2号。这些太空“蜘蛛”各自装有一套小轮子，可用来抓住“蜘蛛线”的两侧，以免向别处漂移。“蜘蛛”在完成“编织”任务后会“以身殉职”，成为太阳能板的一部分。随着众多“蜘蛛”的不断补缺，最后可望形成一块巨大的太阳能电池板。
科学家相信，这些太空“蜘蛛”有朝一日，可用来装配网络顶端的大型太阳能通讯天线或反射器。当然，清除近地球轨道上的太空垃圾也是它们的“天职”。
在这种情况下，卫星既能反射太阳光束，也可通过储存甚至以微波的形式将能源传输回地面。由于运载火箭将四颗微型卫星送入地球亚轨道地区，因此科学家只有10分钟的微重力展开试验，接着飞船便开始向地面坠落，最终在大气层中烧毁。但是，也正因为如此，其成本大大低于在轨试验的所需费用。据估算，卫星若要将10亿瓦太阳能电力输送回地面，或许需要一块面积相当于1平方公里的太阳能电池板。
⑵建成太空太阳能发电实验设施。2011年10月，有关媒体报道，日本京都大学宣布，其研究人员已建成一座太空太阳能发电实验设施。其用途主要验证通过无线方式远距离输送能量的可行性。
太空太阳能发电，是指用火箭把太阳能电池板发射到太空，太阳能电池板在太空发电，再将产生的电能转换成微波传回地面，并重新转换为电能。
目前完工的实验设施，位于京都大学宇治校区内。京都大学设想，5年～10年后，发射携带直径10米的太阳能电池板的实验卫星，达到输出功率10千瓦的发电能力。
太空太阳能发电要想进入商业化运营，需要直径2000米～3000米的太阳能电池板，达到相当于一座核反应堆100万千瓦的输出功率。
⑶研制在太空利用太阳能进行高电压发电的设备。2012年7月8日，有关媒体报道，日本九州工业大学赵孟佑教授指导，研究生冈田和也负责的研究小组，研制出小型卫星“凤龙2号”，在太空利用太阳能首次成功实现了300伏特的高电压发电。
在卫星位于北九州市上空约680公里时，研究人员进行了发电实验，首次成功实现了300伏特的高电压发电，远远超过国际空间站迄今创造的最大160伏特的发电纪录。
赵孟佑指出，由于宇宙空间有大量带电粒子，所以高电压发电存在放电危险。因此，需要用特殊的透明薄膜把太阳能发电装置覆盖住，以防止放电。
冈田和也说：“要想建造比国际空间站更大的太空设施，就需要应用高电压发电技术和设备，此次成功是重大的进步。”
“凤龙2号”小型卫星，是2012年5月搭乘日本H2A火箭升空的，其主要任务就是进行太空发电实验。
二、探索聚光太阳能热发电模式的新成果
（一）研制聚光太阳能热发电系统的新进展
1．开发聚光太阳能驱动的动力设备。
⑴推出聚光太阳能及热能两用小型发电机。2004年5月，英国索拉尔吉恩公司，推出一种聚光太阳能及燃气涡轮两用发电机，为解决发展中国家一些边远地区的缺电问题，提供了一种新选择。
新型发电机，主要通过占地800平方米的抛物面状反射罩阵列，把太阳光反射至30米高的收集塔，以产生热能来驱动传统的燃气涡轮机。整个发电机组面积仅为1.5平方米，其中的涡轮机只有普通酒瓶大小，每分钟转速可达9万转。它通过与一个交流发电装置相连来最终产生电力。小型涡轮机同时也可利用丙烷或柴油驱动，因此当夜幕降临或阳光不足时，发电机仍可照常工作。
由于新型发电机采用了积木式结构，因此还可采取组合方式获得不同的发电能力。发电机最小的功率组合为25千瓦，基本上能满足一个小型工厂或一座村庄照明的电力之需。
⑵开发出利用聚光太阳能驱动涡轮的发电机。2004年8月，海外媒体报道，日本东北大学研究所环境科学研究科教授斋藤武雄主持的研究小组，开发出新型发电设备，利用太阳能驱动涡轮，效能比太阳能电池高出一倍。
该研究小组开发的这一新式发电机，先用太阳能加热水，再用热水将有机触媒加热到120℃左右，之后用2马赫到3马赫的超音速项，将触媒对着新开发的小型涡轮旋翼喷射，每分钟约转3300次，并藉此发电。先前的实验中，这种设备每小时可发电约300瓦。
这种发电机，可将16%到20%的太阳能转换为电能，发电效能约是太阳能电池的近两倍，是燃料电池的1.5倍。此外，这种新发电机成本低，售价只有同规模太阳能电池设备的43%左右。
这种发电机，不会排放导致地球温室化的二氧化碳，而且即使体积缩小，效能也不会降低，因此适合汽车引擎、家用小型发电机等用途。斋藤武雄表示，近期就要开始实验，预定一年后商业化，可能先推出家庭用小型太阳能涡轮发电机。
2．开发高效率的聚光太阳能热发电系统。
研制出高性能低成本的聚光太阳能热发电系统。2008年11月，有关媒体报道，在以色列内盖夫沙漠，一支由以色列和美国相关人员共同组成的专业团队，建立了一个大型的太阳能技术试验基地。其设计目的，是为了大幅度削减来自太阳能源的成本。基地使用一个太阳能领域的巨大镜子，来反射太阳光线，并通过吸收装置，进行大规模的太阳能热发电。
有过太阳能工厂建造经历的奥克兰称：这个新实验的产品是“世界上性能最高且成本最低的太阳能发电系统。”
以色列鲁兹阿二有限公司和其美国母公司光明来源（Brightsource）能源公司，计划使用以色列的太阳能发电新产品，来测试一项新技术。这项新技术，将用于他们正在建造的，加州公用事业太平洋天然气和电力公司的三个新太阳能工厂。
新技术使用计算机制导的平面镜来跟踪太阳光，计划把光线聚焦到60米高大楼顶面的一个锅炉上。锅炉内的水变成蒸汽，使涡轮机生产电力。蒸汽然后被回收，自然冷却成水，这样可以再利用，因为水资源在以色列是宝贵的。
由于化石燃料越来越昂贵，太阳能电力被认为是一个清洁的、可再生的电力来源，但太阳光线的利用目前也很昂贵，而且往往效率不高。光明来源（Brightsource）能源公司的首席执行官约翰伍拉德估计，这项新技术可以降低太阳能发电的相关成本30%到50％。虽然该技术并不是一个新的想法，“但是在这之前，没有人把这些想法正确的拼凑到一起，”他说。“该技术采用的反光镜和太阳跟踪技术改善了以往的设计。”
（二）研制聚光太阳能热发电系统的新材料
开发光热转换率达90％的聚光太阳能热发电系统涂层。
2014年10月，美国加州大学圣地亚哥分校，雅各布斯工程学院机械与航空工程系教授金松河主持的一个研究小组，在《纳米能源》杂志上发表研究成果称，他们开发出一种新型纳米材料，其捕捉太阳能转化成热能的效率高达90%，不仅如此，它还能承受700℃的高温，暴露在空气和湿度变幻莫测的户外环境下，仍然能使用很多年。
研究人员表示，这项研究，受到美国国家能源部“射日”项目的资助。据了解，美国能源部在2010年发起“射日”项目，希望在2020年前，促使太阳能发电成本，降低到具有足够的市场竞争力。
目前，聚光太阳能热发电系统(CSP)，作为新兴可替代清洁能源生产技术，正逐渐占领市场，在全球范围内生产的电量总量达到35亿瓦特，能满足200万户家庭用电需求，预计在未来几年，会提高到大约200亿瓦特。这一技术体系的最大亮点在于，能够使用已经投产运行的煤或天然气发电站，因为它也需要用相同的蒸汽动力产生电能。
据报道，一个最普通的聚光太阳能热发电系统，需要用到10万块反光镜，用以将太阳光集中到涂有黑色吸光材料的塔楼上。但是，目前的太阳能吸热片只能在较低温度环境下开展工作，且几乎每年都需要剪掉老化了的光线吸收材料，并替换成新的涂层“外衣”，发电站每年都要关闭一次进行检修，这意味着在此期间无法持续发电。
在过去3年中，这个研究小组一直在开发、优化一种适用该系统的新材料，其特征是一种由10纳米到10微米的大量不同尺寸颗粒形成的“多尺度”表面，该结构可保证新涂层长期使用，并确保在高温环境下保持高效能量转换。他们自信，该成果已基本达到美国能源部的期望值，并可大规模应用于太阳能发电厂。
（三）开发聚光太阳能热发电系统的新技术
1．发明白天晚上都能发电的聚光太阳能大碟技术。
2007年10月，在2007年世界太阳能大会上，澳大利亚国立大学工程学院太阳能研究中心首席科学家基思·洛夫格罗夫博士报告说：“我们研发的聚光太阳能大碟集热技术，与其他类型太阳能集热技术相比，热电转换效率更高，而且其大规模生产成本更低，这一技术代表着太阳能集热技术发展的趋势。”
据洛夫格罗夫博士介绍，他们在太阳能集热技术领域已进行了30多年的研究，大碟技术是其研究的主要成果。在他们的实验室里有一个世界上最大的利用光热发电的大碟，该碟表面面积有400平方米。大碟通过吸收光能，将流入的液态水变成水蒸气，再由水蒸气驱动发动机产生电能。其整个能量转换过程就是先将光能转换成热能，再将热能转换为电能，实现热电转换效率为19.14%。目前，世界上另两种主要的太阳能集热技术，即槽型和塔型太阳能集热技术，热电转换效率分别为10.59%和13.81%。
洛夫格罗夫博士说，他们研发的一项电能存储技术，可以使大碟晚上也能发电。具体做法是，将白天吸收的光能所产生的热能，通过化学反应转化成气体和液体存储起来，晚上再将其还原成热能来发电。该技术目前是世界首创，已被澳大利亚环保遗产部国际气候变化司列为重点发展技术项目。
2．开发出聚光太阳能“超临界”蒸汽发电技术。
2014年6月，有关媒体报道，对于太阳能来说，实现“超临界”蒸汽是一重大突破，意味着将来可以驱动世界上最先进的发电厂，而目前的电厂多依靠煤炭或天然气发电。现在，澳大利亚联邦科学与工业研究组织能源总监亚历克斯博士领导的一个研究小组，利用聚光太阳能实现加压的“超临界”蒸汽，使蒸汽温度达到了有史以来的最高值。这一重大技术成就，使太阳热能驱动电厂的成本竞争力，可与化石燃料相抗衡。
亚历克斯说：“这是改变可再生能源产业游戏规则的里程碑。仿佛超越音障，这一步的变化，证明了太阳能具有与化石燃料来源的峰值性能，进行竞争的潜力。”他还说：“目前澳大利亚电力，大约90%使用化石燃料产生，仅有少数发电站基于更先进的‘超临界’蒸汽。这一突破性研究表明，未来的发电厂利用自由的、零排放的太阳能资源可达到同样的效果。”
据报道，这个给聚光太阳能热发电带来突破进展的示范项目，利用太阳能辐射加热使水加压，“超临界”太阳能蒸汽，每单位面积达到23.5兆帕压力，温度高达570℃。该中心包括两个太阳能光热试验电厂，拥有超过600面定日镜，直接朝向覆以太阳能接收器和涡轮机的两座集热塔。
当前，世界各地的商用太阳能热电厂，利用亚临界蒸汽，温度类似但在较低的压力下运行。如果这些电厂能够达到超临界蒸汽的状态，将会有助于提高效率，并降低太阳能发电的成本。
三、建设太阳能电站的新进展
（一）已建成的若干太阳能电站
1．德国莱比锡太阳能发电站。
2005年4月，有关媒体报道，在德国莱比锡市附近建成并正式并网发电。这座发电站位于莱比锡以南30公里的埃斯彭海因镇。整套发电装置由33500块光电池板组成，占地面积21.6公顷。发电站功率为0.5万千瓦，可为1800户住家提供生活用电。
这一耗资2200万欧元的发电站是由德国太阳能协会、西部基金以及壳牌太阳能公司联合兴建的。该发电站投入使用后，德国每年的二氧化碳排放量将减少3700吨。因为这个发电站为全自动操作，所以并不会给本地区带来很多新的工作机会。
德国是非常重视可再生能源开发的国家。日前水电、风能、太阳能等可再生能源已经为德国提供了10%的电力。德国政府计划到2020年全国20%的电力将来自可再生能源。日前，德国太阳能发电设施的总功率为500兆瓦。
2．意大利拉齐奥太阳能电站。
意大利素有“阳光之国”的美誉，国家电力公司2007年8月决定，在拉齐奥大区北部投资建国内最大的太阳能发电站。计划占地10公顷，总装机容量0.6万千瓦，建成后每年可发电700万千瓦时，相当于减少5000吨二氧化碳排放量。
意大利全国铁路公司也推出了其最新研制的太阳能列车样车，包括2节车头、5节客运车厢和3节货运车厢，利用安装在每节车厢顶部的太阳能电池板，向列车的空调、照明及安全设施系统提供能源。
意大利新的《能源价格法》规定，使用太阳能发电设备的家庭可将剩余电量卖给国家电力公司，以鼓励更多的家庭使用太阳能。据估算，家庭安装一套7～8平方米的太阳能板约需7000欧元，11年可收回成本，而设备使用寿命则长达25年。新法律同时规定，对采用太阳能的建筑，税收减免由原来的36%提高到55%。在政府的大力倡导和鼓励下，2006年意大利太阳能板的安装总量达到30万平方米，同比增加了46%。太阳能发电量已接近3万千瓦，政府希望到2016年达到300万千瓦。
3．韩国新安东洋太阳能发电站。
2008年9月，有关媒体报道，韩国东洋建设产业公司，在韩国全罗南道新安郡智岛邑，建成一座名为新安东洋太阳能发电站，它是当时世界上最大规模的跟踪式太阳能发电站。
报道称，该电站总投资约1.35亿美元，占地面积67万平方米，安装着超过13万块的太阳能电池板，发电规模为2.4万千瓦。
这座电站，不同于以往固定式的发电装置，它采用的是跟踪式聚焦太阳光发电装置，通过太阳能面板尾随太阳方向的变化而移动，从而延长聚集太阳光时间并提高聚光效率，使发电效率提高15%以上。此前，世界最大规模的跟踪式太阳能发电站，是西班牙的2万千瓦级太阳能发电站，而韩国国内最大的太阳能发电站，是庆尚北道金泉市的1.84万千瓦级太阳能发电站。
建设人员称，新安东洋太阳能发电站，平均每天发电4小时，年发电可达3500万千瓦，所发电力可供1万户家庭使用1年。此外，该电站运营后，有望每年可以减少3万辆汽车，约2.5万吨二氧化碳的排放。
4．德国利伯罗瑟太阳能发电站。
2009年8月20日，德新社报道，德国最大的太阳能发电站——利伯罗瑟太阳能发电站的落成典礼，在德国东部施普雷－尼斯县举行。
德国运输、建筑和城市发展部长沃尔夫冈·蒂芬泽当天在落成典礼上说：“使用可再生能源有利于环境保护，也有利于德国减少对进口能源的依赖。德国在太阳能利用方面，处于世界领先水平，投资可再生能源和提高能源使用效率对促进德国整体经济发展有好处。”
利伯罗瑟太阳能发电站，由德国久韦公司和第一太阳能公司合资兴建，占地面积50万平方米，共安装太阳能板70万块。预计2009年底该发电站可并网发电，每年发电量将相当于1.5万个家庭的用电量。该发电站的设计使用寿命为至少25年，每年可减少二氧化碳排放量3.5万吨。
据悉，目前德国仅太阳能企业就有75家。2005年～2008年期间，德国太阳能企业累计用于基础设施和扩大生产的投资约为53亿欧元。
近年来，德国可再生能源产业快速发展，已成为新的经济增长点。目前，该行业就业人数约为28万人。2008年可再生能源在德国的销售额达到290亿欧元，可再生能源发电量占德国发电总量的15％。与此同时，通过绿色能源的使用，德国减少了二氧化碳的排放量，去年二氧化碳减排约1.12亿吨。
5．西班牙塞维利太阳能聚光熔盐热电站。
2012年2月，有关媒体报道，由欧洲投资银行支持的，全球首个太阳能聚光熔盐热电站近期在西班牙南部小镇塞维利落成。该电站是一新型聚光热电项目，可以在缺少光照的阴雨天气，以及没有光照的夜间继续发电。
该项目使用新型太阳热发电技术，利用融熔盐为能量储存与传导载体。发电站的聚光系统由2600多个聚光镜面板组成，散布在185公顷的空地上。单个镜面板接收到的光能，被积聚在中央的接收器，将熔盐罐加热，通过热传导形成高温压力蒸气，推动涡轮机发电。光照充足时，产生的多余能量被熔盐罐储存，在缺少阳光的情况下释放能量，可继续向电网供电15小时，从而实现24小时全天候不间断发电。
该热电站装机容量近2万千瓦，可以满足当地2.75万户居民的日常用电，年发电量相当于8.9万吨的燃煤热电厂，或21.7万桶石油当量，每年可减少二氧化碳排放3万吨。
聚光太阳能发电是继风能、光复电池之后，解决能源匮乏、应对气候变化的又一有效技术手段。传统的聚光发电技术，使用抛物镜将光源聚集到充有合成油的吸热管上，使合成油加热到390℃，然后通过输送传导将水加热，产生水蒸气推动涡轮机发电。传统的聚光发电一般只能够在阳光充足、天气清朗的天气条件下进行。而新电站却可以全天候工作，大大提高了发电效率和能源储存效率。
6．印尼偏远岛屿上的太阳能电站点。
2012年5月，有关媒体报道，印尼的北苏门答腊省缅加斯岛、东加里曼丹省斯巴迪克岛和北马鲁古省莫罗太岛的3座太阳能发电站，近日相继竣工投产，标志着印尼的太阳能开发利用进入新阶段。
仅北马鲁古省莫罗太岛600千瓦的太阳能发电站，每天就可节省800升燃油，每年节省资金25亿印尼盾。更为重要的是，这3座电站对于印尼国家电力公司“点亮100个偏远岛屿”的活动，具有重要的示范意义。
作为太阳能资源丰富的万岛之国，印尼正加快开发利用步伐，将筹集6.83亿美元的资金，在3年的时间内，新建总功率达18万千瓦的太阳能电站。另外，印尼国家电力公司计划用5年的时间，在1000个岛屿上建设太阳能发电站。建设工程将分为两个阶段，第一阶段是2011年至2012年，要在100个岛屿兴建太阳能电站；第二个阶段是2013年至2015年，争取在900个岛屿建设太阳能电站。
有关专家认为，13487个大小岛屿、常年阳光灿烂，是印尼得天独厚、取之不竭的新能源资源。对于石油天然气资源日益枯竭的印尼来说，大力开发利用太阳能，不失为具有战略发展眼光和经济实惠能源替代的最佳选择。
（二）准备建造的若干太阳能电站
1．准备建造海上浮动的太阳能和风力发电站。
2008年8月27日，日本《读卖新闻》晚刊报道，日本九州大学名誉教授太田俊昭等人负责的一个研究小组，正在研发一种能漂浮在海面上的环保发电站，这种发电站通过太阳能电池和风车发电，成本较低。
报道说，这种海上浮动的太阳能和风力发电站，其整体建筑长约2000米，宽约800米，有两大组件，一是配有太阳能电池的“子浮体”组件，二是配有风车的混凝土“母浮体”。
谈及发电站的具体构造时，太田俊昭介绍说，在漂浮于海面上的一张大网中纵横排列着约20万个“子浮体”，大网由两侧的混凝土“母浮体”固定。为使浮动发电站能经受住海浪、海风的冲击，混凝土“母浮体”中添加了一种质量轻、耐腐蚀、强度达钢筋10倍的新材料。大网下方安装有发光二极管，能发出适合浮游植物生长的光，有助于形成对渔业和吸收二氧化碳有益的藻场。
按设想，这样的一个浮动发电站的发电功率约为30万千瓦，其建设成本为每千瓦发电功率7万到14万日元（1美元约合109.4日元），比日本核电站的每千瓦发电功率建设成本低大约20万日元。
报道说，日本有关机构，已从2008年7月起，开始对发电站浮体进行性能测试，研究人员希望这种环保且成本较低的发电站。
2．拟联手在撒哈拉沙漠上打造人类历史上最大太阳能电站。
2009年6月，德国《南德意志报》报道，20家德国企业和银行，正策划在北非，建造一座人类历史上规模最大的太阳能电站，项目预计总投资高达4千亿欧元，预计10年内建成发电。
据报道，已经有包括德国西门子公司、德国第二大能源供应商RWE公司、德国最大的私人银行德意志银行在内的20家德国大公司，表达了参与这一项目的兴趣，这些公司将于下个月在慕尼黑“碰头”，商量项目的具体计划。项目牵头方是慕尼黑再保险集团，据称德国政府也将参与进来。这一名为“Desertec”的项目，总投资额高达4千亿欧元，计划在10年内建成发电。据专家估计，该太阳能发电站建成后，将能满足全欧洲15%的电力需求。这座大型太阳能电站，建成后将是人类史上最大的清洁能源项目。
慕尼黑再保险集团总裁耶沃莱克表示，实施这一项目，是为了证明清洁能源，也能进行大规模经济利用，公司将在两三年内拿出项目的具体实施方案，并将在未来10到15年里，在国际能源市场上产生竞争力。耶沃莱克还表示，希望其他欧洲国家的企业，也能参与到这一项目中来。
据专家介绍，这座太阳能电站，使用的并非直接把阳光转化成电能的传统太阳能电池板，而是通过镜面，把阳光反射到油路系统，对一种特殊的油进行加热。由此产生的热量将转化成水蒸汽，进而推动涡轮运转发电。其工作原理，类似于现在的水电站和火电站。此外，白天产生的热量还能被储存起来，这样太阳能电站在夜间没有阳光的时候也能继续发电。类似的太阳能电站，已经在美国加利福尼亚和西班牙建成使用。
实际上，“利用非洲太阳能发电”的想法，在德国科技、企业界和政界，很早就已经产生了，但多年来相关大项目在非洲并未被实现。其中最大的问题，就是如何建设一个从北非到欧洲的输电网，此外政治稳定因素也是投资者关心的话题。耶沃莱克表示，德国企业此次希望，获得其他欧洲国家和非洲伙伴的支持，可以考虑在北非多个地点建设太阳能电站。不过，他并没有透露这座拟建中的发电站，将建在哪个国家，只是表示，发电站将建在那些政治稳定的国家。
德国企业的“雄心”和大手笔引来了议论。有专家预计，在撒哈拉沙漠上，建成一座面积相当于德国巴伐利亚州的“太阳能园”，就能满足全球的能源需求。绿色和平组织的一份报告也认为，2050年，类似的“太阳热力电站”将能满足全球四分之一的能源需求。但也有人指出，撒哈拉地区并非无人居住，不能把别人的家园变成欧洲的“太阳能电池”。也有人担心，如此大规模的太阳能电站会成为恐怖袭击的目标。此外，北非国家石油资源丰富，是否会对太阳能“动心”也不确定。更多的德国媒体则认为，德国企业在金融危机背景下的这一举动，是为了推动应对气候变化的努力，占领全球“绿色科技”的制高点。
3．计划2030年前在太空建造太阳能发电站。
2009年11月9日，法新社报道，日本无人太空实验自由飞行物研究所日前表示，日本将在2030年前在太空建造太阳能发电站，通过激光束和微波将电能传送回地球，实现日本清洁能源无限化的梦想。
日本本土能源有限，主要依赖于石油进口，为此日本一直致力于发展太阳能和其他可再生能源。日本政府已经挑选一些公司，组建一个研究小组，投入数十亿美元，希望在20年内实现太空太阳能发电的梦想。
这个大胆的计划名为“太空太阳能系统”，即在地球大气层外的对地静止轨道上，建立一个由巨大光电盘组成的、面积达方圆数公里的装置。计划参与这一项目的三菱重工的一位研究员说：“因为太阳能是一种清洁而又无限的能源，我们相信这套系统可以帮助解决能源短缺和全球变暖问题。”
太阳能电池能够储存太阳能，并且太空中的太阳能要比地球上至少强五倍，日本将利用激光束或者微波将吸收的太阳能送入地球。无人太空实验自由飞行物研究所发言人说，地面上将树立起巨大的天线，很可能选址在海上或者水库堤坝上。日本研究人员的目标是建立一个发电量十亿瓦特的系统，相当于一个中型核电站，但它生产每千瓦电量的成本只有8美分，比目前的成本便宜六倍。
但这项计划也面临很多挑战，包括如何将庞大的系统设施送入太空。自1998年以来，日本就已经开始着手研究这个项目。2009年10月，日本经济产业省和科学省又为实现这个项目迈进了一大步，他们选择了数家日本高科技企业作为这个项目的合作伙伴，包括三菱重工、日本电气、日本富士通以及夏普等。
这个计划被分成多个阶段，到2030年全部完成。日本无人太空实验自由飞行物研究所的一位研究员说，在未来几年内，日本将利用本国自主研发的火箭将一颗卫星送入近地轨道，测试利用微波传送能量。大约2020年，将发送和测试发电10兆瓦的巨大的光电结构，接着发射发电量250兆瓦的光电设施。最后在2030年开始太空发电，实现生产廉价电力的目标。
不过，一些研究机构提醒,激光束从太空中照射下来，会将空中的鸟类烤焦，将飞机切成片，这些可能引发公众恐慌。根据他们2004年对1000名日本人的调研发现，激光和微波是普通日本人最担心的词汇。
四、设计建造利用太阳能的节能环保屋
（一）建造主要利用太阳能供暖的固定型节能环保房屋
1．建造主要利用太阳能供暖的节能环保“生态屋”。
2005年4月，有关媒体报道，冬季供暖向来都是令人心疼不已的耗能大户，如何发挥能源的最佳供暖效应，自然成为实用技术的主攻方向之一。目前在俄罗斯，被称作21世纪节能建筑的“生态屋”或“太阳屋”，可以算得上是当之无愧的“供暖节能典范”。
这是一种基本上甚至完全靠太阳能转换、房屋内部人体热源及房屋保温性能来供暖、供热水以至照明，把人主动“外加”的供热能耗，即用常规供热锅炉或常规电力网采暖和供热水的能耗，降到零或近于零的房屋。
“生态屋”是一种高效而和谐的利用生态资源的系统。它由“零能耗房屋”和屋旁地构成。屋旁地，用于采用高效生物方法和新式耕作法种植农作物，对所有液体的及固体的有机废物，进行生物加工利用，包括沼气发生器等。采用这些方法，可以比在纯天然条件下，更快地培育屋旁地的生态资源。
20多年前，新西伯利亚就有一些专家学者，自发地开始研究和兴建“生态屋”。这些房子都按国际社会生态联盟开发的技术建造。一幢总面积七八十平方米的两层楼式“生态屋”，包括地皮租金、道路建设费用、杂费等总造价，约为1.1万美元～2.5万美元。
“生态屋”的房前屋后有块地，种点蔬菜和果树之类供冬季食用。它主要靠太阳能集热器供暖，不足部分以燃用可再生载能体（秸杆、木材、沼气等）的发热机补充。但“生态屋”一般也都备有烧煤、柴油或天然气的供热设备（所谓的“慢燃炉”），以防不测，只是其能耗要比普通房屋采暖要少得多，为其几分之一。据报道，即使在西伯利亚这样的世界最寒冷地区，“生态屋”在2～5月和9～10月也能仅靠太阳能供暖。
“生态屋”的一个重要特点，是强调建房采用当地的建材（但必须是生态建材）。可称作生态建材的不仅是对人无害的建材，还应该是生产中对环境无害、房屋使用期结束后可就地以自然方式无害化处理的建材。如加气泡沫混凝土、泥砖、压制秸杆构件、木材（在林区）等。用作墙体保温材料的主要是秸秆、芦苇、亚麻秆等。
此外，“生态屋”的有机废物，全部要用生物技术自行资源化处理，使之变成肥料。污水也要经天然过滤系统处理而可以用于浇地等复用。
建“生态屋”在选址地形上也有讲究，它的北面要能防寒，南面和东面要开阔无遮蔽，此外住房本身和花圃、菜园、果园等布局要合理，要考虑到其配置角度、风向、周围植被、土壤分布等。
据称，建造优良的木结构“生态屋”式庄园房，实际造价为100～150美元/平方米。例如，“住宅建筑技术”公司，就以交钥匙方式为客户建造“杜布拉瓦”式2层小楼，每层面积6×6米，造价19万卢布。也有人以交钥匙方式，建造总面积70平米的（也是6×6米）圆木结构房，价格10万卢布。
2．建造主要利用太阳能采暖的“被动屋”等节能环保新建筑。
2005年4月，有关媒体报道，在德国，“被动屋”住户的采暖花费，比普通房屋住户少95%。而且，这种房屋也颇具市场竞争力。随着“被动屋”的逐渐普及，其市场售价已降到几乎与普通房屋持平的水平。据一份营销研究报告预测，到2010年，德国“被动屋”的总数将占全国房屋的20%。
在德国，建“被动屋”已有十多年的历史。它是一种不用传统供暖系统的房屋，转而利用太阳能和屋内热源——家用电器、生火造饭及人体自身的天然热辐射来采暖。这种采暖方式比普通新房节能2/3到3/4，比上世纪60年代盖的预制板简易房节能4/5到5/6。
传统房屋有近一半的热量通过墙体散失，近1/3通过窗户散失，还有少量通过屋顶和地下散失，此外还有一部分通过通风散失。“被动屋”的墙和窗，都做到最大限度的保温——墙体都用矿物棉、聚苯乙烯泡沫塑料、秸秆束等作隔热材料，而从南面超大型窗户进来的太阳能比散失出去的多。另外，“被动屋”都装有强制通风系统，它的热交换器能把外排空气的热量，转给吸入的空气，从而使外排空气所含热量的90%得到回用。有了这种通风系统，就不必开通风小窗了，这也能起保温作用。此外，“被动屋”是一种漂亮的玻璃房，极具观赏性。在建筑上，它的南面（正面）总是镶玻璃的，几乎占满整个南墙的玻璃窗就是用来最大限度吸收和储蓄太阳能，以加热屋内空间的。
据称，在欧洲一些“被动屋”里，能把供热能耗降到15瓦/平米。在一个房间里，只要有2个人呆在里面和开着2只白炽灯，就能保持最佳温度。这首先是由于墙体保温性能极高，其次是因为其窗户非常密封，还有就是因为能有效地利用太阳能、地热和通风排气热。
不过，在屋内长久无人的情况下，“被动屋”还需配备一套常规节能型备份供热设备，一般为分户式燃气热水炉。
学校等公共建筑和企业生产用房，建成“被动屋”也很有意义。拿学校来说，如果建成“被动屋”校舍，由于每个人体辐射的热量相当于一个功率相当大的电加热器，一个约30名学生的教室，完全可以靠学生在场而减少近一半的供热量。同样，如果把养鸡场、养猪场等盖成“被动屋”，畜禽的体热也可以大大减少舍间的供热量。
白俄罗斯一家研究所，经多年跟踪研究德国“被动屋”的建设情况，得出这样的计算结果：“被动屋”的造价，平均每平米比普通预制板式或砖式房屋，高10美元（总造价大约高3%～5%），成本回收期为6～8年。
这种“被动屋”并不一定非得建新，还可以改旧。在德国，就有许多“被动屋”是通过把传统房屋翻修而成的。这种改旧而来的“被动屋”握，现在有了一个更驰名的民间俗称： “3升屋”。因为它翻修后，采暖能耗仅3升汽油/平米/年，比德国现行能源消费标准还低60%。
德国是个重视节能的国家，早在1979年就通过了三项关于节省热能的法令，显著降低了供热的能耗。由于这一领域仍有节能潜力，德国政府最近又拟定了一项新的节能计划，其中按能耗原则划分出“低能耗屋”、“被动屋”、“零能耗屋”、“有余能屋”和“有进项屋”几类。
“低能耗屋”：是符合现代建筑技术水平的房屋。这种房屋的基本思想，是通过充分利用阳光，并提高房屋的隔热保温性能来节省能源消耗。
“被动屋”：能耗要低得多。年/平米/采暖能耗15千瓦时。这种房屋不仅能够较好地利用阳光，而且设有很好的通风、保温和热交换性能，能在没有专门的供热和供冷设备情况下，保证室内拥有舒适的小气候。
“零能耗屋”：被动屋还可以改进，使其将不可再生能源的消耗降低到零。采用的技术是一种能在冬季，把太阳能储蓄起来使用的热水储存器。整个房屋原本已经拥有非常高效的隔热保温性能，采用这种热水储存器后，能够进一步减少这种房屋本来就不高的供暖需求。
“有余能屋”：年/平米/采暖能耗11～15千瓦时，和低能耗屋几乎一样。其太阳能电池一年到头都能保证房屋能源小有盈余，所生产的电能比消耗的还多一些，多余部分可以储蓄起来或接入电网。
“有进项屋”：人们自然千方百计追求有余能屋。因为，供电企业，对住户接入电网产生的盈余电能，会给予补贴。结果，人们不但无需为采暖供热出钱，还可因此小赚一笔。
该计划还规定，建造符合环保要求的住宅或改造老式供暖系统，都可以得到各种渠道的补贴，以及联邦和州政府及地方公共事业机关向居民提出的各种计划的扶持。
（二）建造充分利用太阳能的旋转型节能环保房屋
1．设计出能随太阳旋转的节能环保屋。
2007年4月，英国广播公司报道，英国发明家汉密尔顿近日设计并建造一栋跟随太阳旋转的节能环保房屋。这栋造价50万英镑的节能环保屋楼高3层，将装备太阳能电池板，并且利用轮子和轨道使房屋转动。
据报道，汉密尔顿将在英格兰中部德比郡阿什本和斯内顿附近的一个前采石场，建造这栋节能环保屋，并会安装风力发电涡轮机，建筑也将使用节能环保材料。他说，他的旋转屋不是搞笑的小噱头，这栋700吨房屋确实能够帮助产生所需的能源还有剩余。
汉密尔顿说，房屋随着太阳旋转就能得到最多的太阳能，太阳改变方向时，这栋房屋也跟著它转。至于风力发电涡轮机，它是屋顶的主要组成部分，将面向当地风力强大的西南方。
当地郊区房地产测量公司，为这一节能环保项目提供了帮助。规划小组的负责人戴维斯说，现在本来不能在郊区建造房屋居住，除非它们有特别的农业用途，但这一项目有望打破法规和那些障碍，因为它是革命性的。
汉密尔顿已经得到建造房屋的规划许可，他说，他唯一想象到的问题就是“不知道他的猫怎样认得返回这栋旋转屋的路”。他希望能在两年内完成他的新居。
2．建成随时向阳的转动型节能房屋。
2009年12月6日，英国《每日邮报》网站报道，澳大利亚卢克·埃弗林厄姆和黛比·埃弗林厄姆夫妇，想让自己的房间随时充满阳光，着手建造一座能像向日葵一样随太阳转动的房屋。目前，这座旋转房屋，已经矗立在澳大利亚东南部新南威尔士州温纳姆镇，它依山傍水，大部分由玻璃和钢材搭成。
该房屋呈八边形，直径约24米，外围有一条约3米宽的游廊环绕。房屋可以绕中央转轴做360度旋转。在卧室墙上装有一块液晶触摸屏，只需按照选择要求点击，便可以控制房屋转动的方向和角度。这种设计不仅让每个房间采光更好，而且比一般设计更宽敞。驱动房屋转动的，是两台比洗衣机马达大不了多少的电动机。
这座房屋，不仅能够利用自身旋转获得理想的自然光以节省电能，而且还包含其他一些符合生态环保理念的设计。例如，房屋利用地热供暖。一条120米长的地热管道埋入地下2.5米，再通过中央转轴通往屋内各个房间，以保证屋内温度维持在22℃左右。
