正文 第4章 恒星中的代表:太陽(2 / 3)

2002年,國家有關部委啟動了“西部省區無電鄉通電計劃”,通過太陽能和小型風力發電解決西部七省區無電鄉的用電問題。這一項目的啟動大大刺激了太陽能發電產業,國內建起了幾條太陽能電池的封裝線,使太陽能電池的年生產量迅速增加。我國目前已有10條太陽能電池生產線,年生產能力約為4.5MW,其中8條生產線是從國外引進的,在這8條生產線當中,有6條單晶矽太陽能電池生產線,2條非晶矽太陽能電池生產線。據專家預測,目前我國光伏市場需求量為每年5MW,20012010年,年需求量將達10MW,從2011年開始,我國光伏市場年需求量將大於20MW。

目前國內太陽能矽生產企業主要有洛陽單晶矽廠、河北寧晉單晶矽基地和四川峨眉半導體材料廠等廠商,其中河北寧晉單晶矽基地是世界最大的太陽能單晶矽生產基地,占世界太陽能單晶矽市場份額的25%左右。

在太陽能電池材料下遊市場,目前國內生產太陽能電池的企業主要有宏威集團、無錫尚德、南京中電、保定英利、河北晶澳、林洋新能源、蘇州阿特斯、常州天合、拓日新能、雲南天達光伏科技、寧波太陽能電源、京瓷(天津)太陽能等公司,總計年產能在800MW以上。

2009年,國務院根據工信提供的報告指出多晶矽產能過剩,實際業界人並不認可,科技部已經表態,多晶矽產能並不過剩。

太陽能電池及太陽能發電前景簡析

目前,太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業、商業、農業、通信、家用電器以及公用設施等部門,尤其可以分散地在邊遠地區、高山、沙漠、海島和農村使用,以節省造價很貴的輸電線路。但是在目前階段,它的成本還很高,發出1kW電需要投資上萬美元,因此大規模使用仍然受到經濟上的限製。

但是,從長遠來看,隨著太陽能電池製造技術的改進以及新的光-電轉換裝置的發明,各國對環境的保護和對再生清潔能源的巨大需求,太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法,可為人類未來大規模地利用太陽能開辟廣闊的前景。

太陽能電池的分類簡介

太陽能電池按結晶狀態可分為結晶係薄膜式和非結晶係薄膜式(以下表示為a-)兩大類,而前者又分為單結晶形和多結晶形。

按材料可分為矽薄膜形、化合物半導體薄膜形和有機膜形,而化合物半導體薄膜形又分為非結晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、IIIV族(GaAs,InP等)、IIVI族(Cds係)和磷化鋅(Zn3p2)等。

太陽能電池根據所用材料的不同,太陽能電池還可分為:矽太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池,其中矽太陽能電池是目前發展最成熟的,在應用中居主導地位。

1)矽太陽能電池

矽太陽能電池分為單晶矽太陽能電池、多晶矽薄膜太陽能電池和非晶矽薄膜太陽能電池三種。

單晶矽太陽能電池轉換效率最高,技術也最為成熟。在實驗室裏最高的轉換效率為24.7%,規模生產時的效率為15%。在大規模應用和工業生產中仍占據主導地位,但由於單晶矽成本價格高,大幅度降低其成本很困難,為了節省矽材料,發展了多晶矽薄膜和非晶矽薄膜做為單晶矽太陽能電池的替代產品。

多晶矽薄膜太陽能電池與單晶矽比較,成本低廉,而效率高於非晶矽薄膜電池,其實驗室最高轉換效率為18%,工業規模生產的轉換效率為10%。因此,多晶矽薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據主導地位。

非晶矽薄膜太陽能電池成本低重量輕,轉換效率較高,便於大規模生產,有極大的潛力。但受製於其材料引發的光電效率衰退效應,穩定性不高,直接影響了它的實際應用。如果能進一步解決穩定性問題及提高轉換率問題,那麼,非晶矽太陽能電池無疑是太陽能電池的主要發展產品之一。

2)多元化合物薄膜太陽能電池

多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽,其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。

硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶矽薄膜太陽能電池效率高,成本較單晶矽電池低,並且也易於大規模生產,但由於鎘有劇毒,會對環境造成嚴重的汙染,因此,並不是晶體矽太陽能電池最理想的替代產品。

砷化镓(GaAs)III-V化合物電池的轉換效率可達28%,GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強,對熱不敏感,適合於製造高效單結電池。但是GaAs材料的價格不菲,因而在很大程度上限製了用GaAs電池的普及。

銅銦硒薄膜電池(簡稱CIS)適合光電轉換,不存在光致衰退問題,轉換效率和多晶矽一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點,將成為今後發展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源,由於銦和硒都是比較稀有的元素,因此,這類電池的發展又必然受到限製。

3)聚合物多層修飾電極型太陽能電池

以有機聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池製造的研究方向。由於有機材料柔性好,製作容易,材料來源廣泛,成本底等優勢,從而對大規模利用太陽能,提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料製備太陽能電池的研究僅僅剛開始,不論是使用壽命,還是電池效率都不能和無機材料特別是矽電池相比。能否發展成為具有實用意義的產品,還有待於進一步研究探索。

4)納米晶太陽能電池

納米TiO2晶體化學能太陽能電池是新近發展的,優點在於它廉價的成本和簡單的工藝及穩定的性能。其光電效率穩定在10%以上,製作成本僅為矽太陽電池的1/51/10.壽命能達到2O年以上。

此類電池的研究和開發剛剛起步,不久的將來會逐步走上市場。

5)有機太陽能電池

有機太陽能電池,就是由有機材料構成核心部分的太陽能電池。大家對有機太陽能電池不熟悉,這是情理中的事。如今量產的太陽能電池裏,95%以上是矽基的,而剩下的不到5%也是由其它無機材料製成的。

太陽能電池(組件)生產工藝封裝組件線又叫封裝線,封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟,沒有良好的封裝工藝,多好的電池也生產不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證,而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵,所以組件板的封裝質量非常重要。

流程:

1、電池檢測-2、正麵焊接-檢驗-3、背麵串接-檢驗-4、敷設(玻璃清洗、材料切割、玻璃預處理、敷設)-5、層壓-6、去毛邊(去邊、清洗)-7、裝邊框(塗膠、裝角鍵、衝孔、裝框、擦洗餘膠)-8、焊接接線盒-9、高壓測試-10、組件測試-外觀檢驗-11、包裝入庫組件高效和高壽命如何保證:

1、高轉換效率、高質量的電池片;

2、高質量的原材料,例如:高的交聯度的EVA、高粘結強度的封裝劑(中性矽酮樹脂膠)、高透光率高強度的鋼化玻璃等;

3、合理的封裝工藝

4、員工嚴謹的工作作風;

由於太陽電池屬於高科技產品,生產過程中一些細節問題,一些不起眼問題如應該戴手套而不戴、應該均勻的塗刷試劑而潦草完事等都是影響產品質量的大敵,所以除了製定合理的製作工藝外,員工的認真和嚴謹是非常重要的。

太陽電池組裝工藝簡介:

在這裏隻簡單的介紹一下工藝的作用,給大家一個感性的認識。

1、電池測試:由於電池片製作條件的隨機性,生產出來的電池性能不盡相同,所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起,所以應根據其性能參數進行分類;電池測試即通過測試電池的輸出參數(電流和電壓)的大小對其進行分類。以提高電池的利用率,做出質量合格的電池組件。

2、正麵焊接:是將彙流帶焊接到電池正麵(負極)的主柵線上,彙流帶為鍍錫的銅帶,我們使用的焊接機可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈(利用紅外線的熱效應)。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背麵焊接時與後麵的電池片的背麵電極相連。

3、背麵串接:背麵焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件串,我們目前采用的工藝是手動的,電池的定位主要靠一個膜具板,上麵有36個放置電池片的凹槽,槽的大小和電池的大小相對應,槽的位置已經設計好,不同規格的組件使用不同的模板,操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前麵電池”的正麵電極(負極)焊接到“後麵電池”的背麵電極(正極)上,這樣依次將36片串接在一起並在組件串聯在太陽能電池板的正負極焊接出引線。

4、層壓敷設:背麵串接好且經過檢驗合格後,將組件串、玻璃和切割好的EVA、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設好,準備層壓。玻璃事先塗一層試劑(primer)以增加玻璃和EVA的粘接強度。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置,調整好電池間的距離,為層壓打好基礎。(敷設層次:由下向上:鋼化玻璃、EVA、電池片、EVA、玻璃纖維、背板)。

5、組件層壓:將敷設好的電池放入層壓機內,通過抽真空將組件內的空氣抽出,然後加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起;最後冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產的關鍵一步,層壓溫度層壓時間根據EVA的性質決定。我們使用快速固化EVA時,層壓循環時間約為25分鍾。固化溫度為150℃。

6、修邊:層壓時EVA熔化後由於壓力而向外延伸固化形成毛邊,所以層壓完畢應將其切除。

7、裝框:類似與給玻璃裝一個鏡框;給玻璃組件裝鋁框,增加組件的強度,進一步的密封電池組件,延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用矽酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。

8、焊接接線盒:在組件背麵引線處焊接一個盒子,以利於電池與其他設備或電池間的連接。

9、高壓測試:高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓,測試組件的耐壓性和絕緣強度,以保證組件在惡劣的自然條件(雷擊等)下不被損壞。

10、組件測試:測試的目的是對電池的輸出功率進行標定,測試其輸出特性,確定組件的質量等級。目前主要就是模擬太陽光的測試Standardtestcondition(STC),一般一塊電池板所需的測試時間在7-8秒左右。

太陽能電池陣列設計步驟

1.計算負載24h消耗容量P

P=H/V

V-負載額定電源

2.選定每天日照時數T(H)。

3.計算太陽能陣列工作電流。

IP=P(1+Q)/T

Q-按陰雨期富餘係數,Q=0.211.00

4.確定蓄電池浮充電壓VF。

鎘鎳(GN)和鉛酸(CS)蓄電池的單體浮充電壓分別為1.41.6V和2.2V。

5.太陽能電池溫度補償電壓VT。

VT=2.1/430(T-25)VF

6.計算太陽能電池陣列工作電壓VP。

VP=VF+VD+VT

其中VD=0.50.7

約等於VF

7.太陽電池陣列輸出功率WP?平板式太陽能電板。

WP=IPUP

8.根據VP、WP在矽電池平板組合係列表格,確定標準規格的串聯塊數和並聯組數。

新型太陽電池

目前市場上大量產的單晶與多晶矽的太陽電池平均效率約在15%上下,也就是說,這樣的太陽電池隻能將入射太陽光能轉換成15%可用電能,其餘的85%都浪費成無用的熱能。所以嚴格地說,現今太陽電池,也是某種型式的“浪費能源”。當然理論上,隻要能有效的抑製太陽電池內載子和聲子的能量交換,換言之,有效的抑製載子能帶內或能帶間的能量釋放,就能有效的避免太陽電池內無用的熱能的產生,大幅地提高太陽電池的效率,甚至達到超高效率的運作。而這樣簡易的理論構想,在實際的技術上,卻可以用不同的方法來執行這樣的原則。超高效率的太陽電池(第三代太陽電池)的技術發展,除了運用新穎的元件結構設計,來嚐試突破其物理限製外,也有可能因為新材料的引進,而達成大幅增加轉換效率的目的。

薄膜太陽電池包括非晶矽太陽電池,CdTe和CIGS(copperindiumgalliumselenide)電池。雖然目前多數量產薄膜太陽電池轉換效率仍無法與晶矽太陽電池抗衡,但是其低製造成本仍然使其在市場有一席之地,且未來市場占有率仍會持續成長。

染料敏化太陽電池

染料感光太陽電池(Dye-sensitizedsolarcell,DSSC)是最近被開發出來的一種嶄新的太陽電池。DSsC也被稱為Grä;tzelcell,因為是在1991年由Grä;tzel等人發表的構造和一般光伏特電池不同,其基板通常是玻璃,也可以是透明且可彎曲的聚合箔(polymerfoil),玻璃上有一層透明導電的氧化物(transparentconductingoxide,TCO)通常是使用FTO(SnO2:F),然後長有一層約10微米厚的porous納米尺寸的TiO2粒子(約1020nm)形成一nano-porous薄膜。然後塗上一層染料附著於TiO2的粒子上。通常染料是采用rutheniumpolypyridylcomplex。上層的電極除了也是使用玻璃和TCO外,也鍍上一層鉑當電解質反應的催化劑,二層電極間,則注入填滿含有iodide/triiodide電解質。雖然目前DSC電池的最高轉換效率約在12%左右(理論最高29﹪),但是製造過程簡單,所以一般認將大幅降低生產成本,也同時降低每度電的電費。

串疊型電池

串疊型電池(TandemCell)屬於一種運用新穎原件結構的電池,借由設計多層不同能隙的太陽能電池來達到吸收效率最佳化的結構設計。目前由理論計算可知,如果在結構中放入越多層數的電池,將可把電池效率逐步提升,甚至可達到50%的轉換效率。

太陽能電池發展市場

當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急,能源問題日益成為製約國際社會經濟發展的瓶頸時,越來越多的國家開始實行“陽光計劃”,開發太陽能資源,尋求經濟發展的新動力。歐洲一些高水平的核研究機構也開始轉向可再生能源。在國際光伏市場巨大潛力的推動下,各國的太陽能電池製造業爭相投入巨資,擴大生產,以爭一席之地。

全球太陽能電池產業1994-2004年10年裏增長了17倍,太陽能電池生產主要分布在日本、歐洲和美國。2006年全球太陽能電池安裝規模已達1744MW,較2005年成長19%,整個市場產值已正式突破100億美元大關。2007年全球太陽能電池產量達到3436MW,較2006年增長了56%。

中國對太陽能電池的研究起步於1958年,20世紀80年代末期,國內先後引進了多條太陽能電池生產線,使中國太陽能電池生產能力由原來的3個小廠的幾百kW一下子提升到4個廠的4.5MW,這種產能一直持續到2002年,產量則隻有2MW左右。2002年後,歐洲市場特別是德國市場的急劇放大和無錫尚德太陽能電力有限公司的橫空出世及超常規發展給中國光伏產業帶來了前所未有的發展機遇和示範效應。

目前,我國已成為全球主要的太陽能電池生產國。2007年全國太陽能電池產量達到1188MW,同比增長293%。中國已經成功超越歐洲、日本為世界太陽能電池生產第一大國。在產業布局上,我國太陽能電池產業已經形成了一定的集聚態勢。在長三角、環渤海、珠三角、中西部地區,已經形成了各具特色的太陽能產業集群。

中國的太陽能電池研究比國外晚了20年,盡管最近10年國家在這方麵逐年加大了投入,但投入仍然不夠,與國外差距還是很大。政府應加強政策引導和政策激勵,盡快解決太陽能發電上網與合理定價等問題。同時可借鑒國外的成功經驗,在公共設施、政府辦公樓等領域強製推廣使用太陽能,充分發揮政府的示範作用,推動國內市場盡快起步和良性發展。

太陽能光伏發電在不遠的將來會占據世界能源消費的重要席位,不但要替代部分常規能源,而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年,可再生能源在總能源結構中將占到30%以上,而太陽能光伏發電在世界總電力供應中的占比也將達到10%以上;到2040年,可再生能源將占總能耗的50%以上,太陽能光伏發電將占總電力的20%以上;到21世紀末,可再生能源在能源結構中將占到80%以上,太陽能發電將占到60%以上。這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。由此可以看出,太陽能電池市場前景廣闊。

光伏發電的特點

優點:(1)無枯竭危險;

(2)安全可靠,無噪聲,無汙染排放外,絕對幹淨;

(3)不受資源分布地域的限製,可利用建築屋麵的優勢;

(4)無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電;

(5)能源質量高;

(6)使用者從感情上容易接受;

(7)建設周期短,獲取能源花費的時間短。

缺點:(1)照射的能量分布密度小,即要占用巨大麵積;

(2)獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。

(3)產生的電力接入電網需要增加無功補償設備

(4)儲能困難

光伏發電係統

太陽能

電池板

在光生伏特效應的作用下,太陽能電池的兩端產生電動勢,將光能轉換成電能,是能量轉換的器件。

控製器

能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備

逆變器

是將直流電轉換成交流電的設備

光伏發電係統所麵臨的關鍵技術

光電池組件的係統結構

/光伏陣列的最大功率跟蹤

/並網逆變器的類型

/孤島保護技術

/電能的雙向計量

/夜間零耗電技術

/電磁兼容性

/其他的安全問題(如防雷)等

我國光伏產業現狀(1)電池產量2007年國內太陽能電池產量達到1088MWp(其中非晶矽電池為28.3MWp),比上年增長148.1%,超過日本(920MWp)和歐洲(1062.8MWp),成為世界第一大太陽能電池生產國。

組件產量2007年我國光伏組件產量也達到世界第一。據不完全統計,截至2007年底,國內光伏組件產量達到1717MWp,比上年增長138%。

我國光伏產業現狀(2)

光熱轉換陶瓷:伊原等人經研究發現,第四過渡族金屬的碳化合物具有吸收波長在2微米以下的光線,全部反射波長在2微米以上光線的特點「4〕。在太陽的輻射光譜中,其中波長在0.3至2微米範圍的太陽光占總能量的95%以上,因此太陽光的大部分能量可被這類金屬元素的碳化物吸收,而人體熱輻射的波長為4一14微米,不能被其吸收,大部分被反射。

由北京豐盈科技生產的遠紅外服裝,它的紅外發射率可高達92%,光熱轉換率達到了99%,而且紅外光子波的範圍擴展到1/vm-20/vm波光的範圍,使用這種纖維做成的織物不僅具有發射紅外能量波的效果,還可以更好的促進人體吸收轉換皮膚周圍的光熱量。

采用三靶鍍膜技術生產的不鏽鋼-氮化鋁雙層陶瓷鍍膜全玻璃真空集熱管,與普通真空集熱管相比,具有高溫(高溫管可高達500℃)、高效(熱吸收比可達0.96)

低熱損(可低至0.04)的優點。

光電轉換材料

半導體材料為基礎,利用光照產生電子-空穴對,在附結上可以產生光電流和光電壓的現象(光伏效應),從而實現太陽能光電轉換的目的。通常所用的半導體材料為矽、鍺和三-五族化合物等。

在純淨的矽晶體中摻入五價元素(如磷、砷、銻等),使之取代晶格中矽原子的位置,就形成了N型半導體。這類雜質提供了帶負電(Negative)的電子載流子,稱他們為是主雜質或n型雜質。在N型半導體中,自由電子為多子,空穴為少子,主要靠自由電子導電。自由電子主要由雜質原子提供,空穴由熱激發形成。摻入的雜質越多,多子(自由電子)的濃度就越高,導電性能就越強。

采用高科技光電轉換材料太陽能矽晶片,可以在任何生活光源下聚集不同角度的光線,進行電力轉換並實現為手機充電,可徹底擺脫充電器。不僅在太陽光照射下,在房間裏的燈光、室內自然光、甚至燭光下都能實現充電。

4.太陽對流層

太陽耀斑

據有關研究發現,太陽光球下麵是一個處於對流狀態的層次。一般認為,這個對流層厚約15萬公裏,有人認為更厚,也有人認為薄到約1萬公裏。層內的氫不斷電離,增加氣體比熱,破壞流體靜力學平衡,引起氣體上升或下降。由於升降很快,流體元幾乎處於絕熱狀態;又由於比熱很大,在重力場中上升時,流體元的溫度要比周圍的高,密度小,因浮力而繼續上升。流體元一旦下降,溫度比周圍低,密度大,就繼續下降,這樣就形成了對流。我們可以把對流層看成是一個巨大的熱機,它把從太陽內部核反應所產生的外流能量的一小部分變為對流能量,成為產生諸如黑子、耀斑、日珥以及在日冕和太陽風中其他瞬變現象的動力。由此可見,人們對太陽對流層的研究有著非常重要的意義。

其實,層內對流的尺度和速度要比地球上常見的流動現象要大的多得多。據了解,它的雷諾數也遠遠大於通常引起湍流運動的臨界雷諾數,所以一旦在對流層內產生了流動,很快就會從對流層底到光球底部建立起一個不均勻的湍流場。太陽內部的能量被轉變為湍流場的湍流元的動能和它脹縮時的噪聲能。這個湍流場是不均勻的和各向異性的。這樣,它可以通過機械傳輸的方式,把絕大部分的能量傳到光球底層,再輻射出去。但這種小尺度的湍流並不是對流層內唯一的運動模式。這是因為太陽自身存在整體較差自轉,必然就會在對流層的湍流場上引而其他疊加其上的大小尺度的環流。

由於這種大尺度環流的存在,從而使得對流層底部和表層的物質攪混在一起。同時,這種尺度環流也會把太陽表麵的物質帶向溫度為300400萬度的太陽深處,這樣就會造成日麵所特有的鋰-鈹豐度的反常。即太陽表麵的鋰豐度比其他類型的恒星(恒星是指光譜型、質量、光度都不同於太陽的恒星)表麵小得多,而鈹豐度卻差不多。這是由於鋰在300萬度處就在核反應中燒掉了,而鈹卻要到400萬度處才被燒掉。由此以來,太陽表麵物質隻能流動到300萬度的這個層次上,也就不能向更深處流動。由於大尺度環流往往會把含鋰較少的層次的物質帶到上麵來了,但是其含鈹量卻不會因此而變動。

根據有關圖像來看,雖然比較清晰,但遇於湍流理論還不夠完善,因此對太陽對流層的研究始終沒能得出完整、定量的結果。從目前的科技來講,科學家們隻好用舊的混合長理論定量地研究太陽對流層的性質和組態。這種理論可概括為:上升的對流元經過路程L即混合長後便完全瓦解,把自己的動能和熱能全部轉移給周圍的物質,同周圍的物質完全混合,而在瓦解之前,並未同周圍環境交換熱量。這種熱量和動能的傳輸,類似於分子熱運動的輸運過程,而混合長則類似於分子的平均自由程。

5.太陽的“景”

我們聽說過的日珥、日冕、日食,但我們對它們的了解有多少呢?現在就讓我們對日珥、日冕、日食進行全麵地了解一下吧。

日珥

在發生日全食的時候,太陽的周圍就會鑲著一個紅色的環圈,而且上麵還跳動著鮮紅的火舌,我們把這種火舌狀物體叫做日珥。

日珥是太陽活動最明顯的標誌之一。因為日珥是在太陽色球層上產生的一種非常強烈的太陽活動。日珥通常發生在太陽色球層上,由於它像太陽麵的“耳環”,故而得此名。

根據運動情況日珥可分為:爆發型、寧靜型和活動型三大類。如果細分下去可以分十幾類。寧靜日珥,在觀測時間內似乎是不動的,而活動日珥,總是在不停地變化著。它們從太陽表麵噴出來,沿著弧形路線,又慢慢地落回到太陽表麵上。但有的日珥噴得很快、很高,它的物質沒有落回日麵,而是拋射入宇宙空間了,爆發日珥的高度可以達到幾十萬千米。1938年爆發的日珥是最大的一個,頃刻間噴物就上升到157萬千米的高空,從地球上看,日珥的直徑不過1.3萬千米。

日珥是突出在太陽表麵邊緣外部的一種太陽活動現象。由於它們比太陽圓麵暗弱得多,一般情況下,日珥往往被日暈(即地球大氣所散射的太陽光)淹沒,不能直接看到。因此必須使用太陽分光儀、單色光觀測鏡等儀器,或者在日全食時才能觀測到。當日珥出現時,大氣層的色球非常像正在燃燒著的草原,玫瑰紅色的舌狀氣體如烈火升騰,形狀千姿百態,有的如浮雲,有的似拱橋,有的像噴泉,有的酷似團團草叢,有的美如節日禮花。由此可知,當日珥出現時,它的形狀非常漂亮。

日珥的爆發是非常壯觀的。爆發前,日珥是一團密密實實的“冷氣團”,溫度隻有7000℃,懸浮在100萬℃的日冕中。因此,日珥在大小、形狀和運動方麵差別很大,而且有活動日珥和寧靜日珥兩種主要類型。活動日珥快速噴發,持續幾分鍾至幾小時。活動日珥和黑子群有關,而且同黑子群一樣,在數量和活動上都同太陽活動周期緊密相關。相反,寧靜日珥噴發時比較平緩,減退也會更慢,可持續幾個月。

日冕

太陽大氣的最外層是日冕層,它的厚度達到幾百萬公裏以上。據測量得出,日冕的溫度有100萬攝氏度,粒子數密度為1015m-3。在高溫下,氫、氦等原子已經被電離成帶正電的質子、氦原子核和帶負電的自由電子等。這些帶電粒子運動速度非常快,以致不斷有帶電的粒子掙脫太陽的引力束縛,射向太陽的外圍,形成太陽風。日冕發出的光比色球層的還要弱。日冕可分為:內冕、中冕和外冕。內冕從色球頂部延伸到1.3倍太陽半徑處;中冕從1.3倍太陽半徑到2.3倍太陽半徑,也有人把2.3倍太陽半徑以內統稱內冕。大於2.3倍太陽半徑的稱為外冕(以上距離均從日心算起)。從廣義來講,日冕可包括地球軌道以內的範圍。

由於日冕的光芒是來自太陽外部的大氣層,所以它的亮度隻有太陽本身的百萬分之一。因此,當日冕發生時,隻能在日全食時才能被看到。日冕產生的光輝隻有整個月球反射太陽光的一半。所以,當發生日全食時,正是因為有日冕發出的光芒才不會使整個世界陷入一片黑暗。

日冕的溫度也是非常高的,可達200萬度。但是,令人難以置信的是,離太陽中心最近的光球的溫度卻隻有幾千度。稍遠些的色球,溫度從上萬度到幾萬度。而距離太陽中心最遠的日冕,溫度竟然高達百萬度。對於這一反常的現象意味著什麼呢?目前為止,科學濃們也沒有找到合理的解釋。

日食

日食、月食的發生,說明了光在天體中的傳播是沿直線進行的。其實,月亮運行到太陽和地球中間並不是每次都能發生日食。因為發生日食也需要滿足下列兩個條件:第一,日食總是發生在朔日(農曆初一)。第二,並不是所有朔日必定發生日食,因為月球運行的軌道(白道)和太陽運行的軌道(黃道)並不在一個平麵上。因為在白道平麵和黃道平麵上有一個5°9′的夾角。如果在朔日,太陽和月球都移到白道和黃道的交點附近,太陽離交點處有一定的角度(日食限),就能發生日食。所以,隻有滿足這兩個條件,才會發生日食。

由於月球和地球運行的軌道都不是正圓形,而且太陽、月球與地球之間的距離也時近時遠,所以太陽光就極容易被月球遮蔽形成影子。在地球上可分成本影、偽本影(月球距地球較遠時形成的)和半影。觀測者若處在本影範圍內可看到日全食;若處在偽本影範圍內即可看到日環食;而處在半影範圍內隻能看到日偏食。

在月球的表麵有許多高山,因而月球的邊緣是不整齊的。在食既或者生光到來的瞬間,月球邊緣的山穀未能完全遮住太陽時,在未遮住的部分就會形成一個發光區,像一顆晶瑩的“鑽石”;周圍淡紅色的光圈構成鑽戒的“指環”,整體看來,很像一枚鑲嵌著璀璨寶石的鑽戒,因此人們稱它為“鑽石環”。有時也會形成許多特別明亮的光線或光點,好像在太陽周圍鑲嵌一串珍珠一樣,所以人們稱其為“貝利珠”。此外,這個名字的由來也是根據法國天文學家貝利而命名的。

由於日偏食、日全食或日環食的時間都很短,所以在地球上能夠看到日食的地區就很有限。此外,還有一個原因就是月球比較小,它的本影也比較小而短,因而本影在地球上掃過的範圍不廣,時間不長。由於月球本影的平均長度(373293公裏)要比月球與地球之間的平均距離(384400公裏)小,所以就整個地球而言,日環食要比日全食發生的次數要多。

太陽耀斑

太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動,其平均活動周期約為11年。一般認為發生在色球層中,所以也叫“色球爆發”。其主要觀測特征是,日麵上(常在黑子群上空)突然出現迅速發展的亮斑閃耀,其壽命僅在幾分鍾到幾十分鍾之間,亮度上升迅速,下降較慢。特別是在,耀斑出現頻繁且強度變強的時候。

千萬不要小看這一個亮點,一旦出現,簡直是一次驚天動地的大爆發。這一增亮釋放的能量相當於10萬至100萬次強火山爆發的總能量,或相當於上百億枚百噸級氫彈的爆炸;而一次較大的耀斑爆發,在一二十分鍾內就可釋放出巨大的能量。除了日麵局部突然發生增亮的現象外,耀斑更主要表現在從射電波段直到X射線的輻射通量的突然增強。耀斑所發射出來的輻射種類很多,除可見光外,還有紫外線、X射線和伽馬射線以及有紅外線和射電輻射,還有衝擊波和高能粒子流,甚至還有能量特高的宇宙射線。

當發生耀斑時,地球空間環境就會受到很大的影響。耀斑出現時,太陽色球層中就會發生一聲爆炸,而地球大氣層也將立即出現繚繞餘音。耀斑爆發時,發出大量的高能粒子到達地球軌道附近時,將會嚴重危及宇宙飛行器內的宇航員和儀器的安全。當耀斑輻射來到地球附近時,與大氣分子發生劇烈碰撞,破壞電離層,使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信,以及電視台、電台廣播,會受到幹擾甚至中斷。由於耀斑發射的高能帶電粒子流會與地球高層大氣作用,從而產生極光並幹擾地球磁場進而引起磁暴。