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太阳能物理
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工业技术

  • 电子书积分:11 积分如何计算积分?
  • 作 者:(美)陈成均著
  • 出 版 社:北京:机械工业出版社
  • 出版年份:2012
  • ISBN:9787111390169
  • 页数:287 页
图书介绍:太阳能是一种新型可再生能源,也是21世纪大力发展的新能源。本书涉及与太阳能、太阳辐射等相关的物理学、材料学、电化学等学科。重点介绍太阳能原理及其相关物理基础,包括电磁波理论、光子理论、太阳基本参数与结构、太阳方位天文学、大气效应与浅层地热能、热力学、量子力学、太阳电池、光合作用、电化学等知识,同时还介绍了太阳能热水器和太阳能集热器、太阳能建筑等具体利用和实例。
《太阳能物理》目录

第1章 绪论 1

1.1太阳能 1

1.2走向后石油时代 4

1.3其他可再生能源 8

1.3.1水力发电 8

1.3.2风力发电 10

1.3.3生物质和生质能 12

1.3.4浅层地热能 17

1.3.5深层地热能 18

1.4太阳光伏基础 19

1.4.1现代太阳电池的诞生 20

1.4.2太阳电池的相关概念 21

1.4.3太阳电池的类型 22

1.4.4能量平衡 23

1.5物理范畴之外 24

1.5.1太阳能与经济 24

1.5.2太阳能与和平 26

1.5.3世界各地的太阳能热水器 28

1.5.4光伏:趋向电网平价 31

习题 35

第2章 太阳辐射特性 37

2.1光作为电磁波 37

2.1.1麦克斯韦方程 37

2.1.2矢量势 38

2.1.3电磁波 39

2.1.4平面波 40

2.1.5光的偏振 40

2.1.6电子在电场和磁场中的运动 40

2.2光学薄膜 42

2.2.1相对电介质常数和折射率 42

2.2.2能量守恒和Poynting矢量 44

2.2.3菲涅尔公式 45

2.3黑体辐射 47

2.3.1 Rayleigh- Jeans定律 47

2.3.2普朗克公式和斯特藩-玻尔兹曼定律 49

2.4光电效应和光子概念 52

2.4.1爱因斯坦的光子理论 53

2.4.2 Millikan的实验验证 54

2.4.3波粒二象性 55

2.5爱因斯坦的黑体方程推导 55

习题 57

第3章 太阳能起源 59

3.1太阳的基本参数 59

3.1.1距离 60

3.1.2质量 60

3.1.3半径 60

3.1.4发射功率 60

3.1.5表面温度 60

3.1.6元素组成 61

3.2 Kelvin- Helmholtz时间尺度 61

3.3太阳能的来源 63

3.3.1 p- p链 64

3.3.2碳链 65

3.3.3太阳的内部结构 65

习题 66

第4章 跟踪太阳光 67

4.1地球自转:纬度和经度 67

4.2天球 68

4.2.1坐标变换:直角坐标系 70

4.2.2坐标变换:球面三角法 71

4.3基于太阳时的处理 73

4.3.1黄赤交角和太阳赤纬 73

4.3.2日出时间与日落时间 74

4.3.3任意表面上的直接太阳辐射 75

4.3.4每日直接太阳辐射能量 76

4.3.5 24节气 80

4.4基于标准时的处理 82

4.4.1恒星时和太阳时 82

4.4.2太阳的赤经 83

4.4.3起源于黄赤交角的时差 83

4.4.4远日点和近日点 85

4.4.5起源于地球轨道离心率的时差 86

4.4.6时间方程 86

4.4.7太阳的赤纬 88

4.4.8太阳的日行迹 88

习题 88

第5章 太阳光与地球的相互作用 90

5.1辐射与物质的相互作用 90

5.1.1吸收率、反射率和透射率 90

5.1.2发射率和基尔霍夫定律 91

5.1.3 Bouguer- Lambert- Beer定律 91

5.2太阳光与大气层的相互作用 93

5.2.1 AM1.5的日射光谱辐照度 93

5.2.2年均日照图 95

5.2.3晴朗指数 95

5.2.4直射和漫射太阳辐射 96

5.3渗透到地球的太阳能 97

习题 100

第6章 太阳能热力学 102

6.1定义 102

6.2热力学第一定律 103

6.3热力学第二定律 105

6.3.1卡诺循环 105

6.3.2热力学温度 107

6.3.3熵 108

6.4热力学函数 108

6.4.1自由能 109

6.4.2焓 109

6.4.3吉布斯(Gibbs)自由能 109

6.4.4化学势 110

6.5理想气体 110

6.6地源热泵和空调 113

6.6.1原理 113

6.6.2性能系数 114

6.6.3蒸气压缩热泵和制冷机 115

6.6.4地热交换器 116

习题 121

第7章 量子跃迁 122

7.1量子力学的基本概念 122

7.1.1量子态:能级和波函数 122

7.1.2动态变量和运动方程 123

7.1.3一维势阱 124

7.1.4氢原子 126

7.2多电子原子系统 127

7.2.1单电子近似 128

7.2.2量子态的直接观测 128

7.2.3分子的量子态:HOMO和LUMO 129

7.2.4纳米晶体的量子态 131

7.3黄金法则 131

7.3.1周期性扰动的时变微扰 132

7.3.2连续光谱的黄金法则 134

7.3.3细致平衡原理 134

7.4与光子的交互作用 135

习题 136

第8章 pn结 137

8.1半导体 137

8.1.1导体、半导体和绝缘体 137

8.1.2电子和空穴 138

8.1.3 p型和n型半导体 139

8.2 pn结的形成 141

8.3 pn结分析 144

8.3.1偏置电压效应 145

8.3.2过剩少数载流子的寿命 146

8.3.3 pn结电流 146

8.3.4 Shockley方程 147

习题 148

第9章 半导体太阳电池 150

9.1基本概念 150

9.1.1电能产生 152

9.1.2太阳电池方程 153

9.1.3最大功率和填充因子 153

9.2 Shockley- Queisser极限 155

9.2.1效率上限 155

9.2.2载流子复合时间的影响 157

9.2.3细致平衡处理 158

9.2.4额定效率 159

9.2.5 Shockley- Queisser效率极限 160

9.2.6 AM1.5辐射的效率极限 161

9.3无辐射复合过程 162

9.3.1俄歇复合 163

9.3.2陷阱态复合 163

9.3.3表面态复合 164

9.4抗反射涂层 164

9.4.1矩阵法 165

9.4.2单层抗反射涂层 167

9.4.3双层抗反射涂层 169

9.5晶体硅太阳电池 170

9.5.1纯硅的生产 170

9.5.2太阳电池设计和处理 171

9.5.3模块组装 172

9.6薄膜太阳电池 173

9.6.1 CdTe太阳电池 173

9.6.2 CIGS太阳电池 174

9.6.3非晶硅薄膜太阳电池 175

9.7叠层太阳电池 175

习题 177

第10章 太阳能电化学 179

10.1光合作用的物理学 179

10.1.1叶绿素 180

10.1.2 ATP:生物界的通用储能单元 181

10.1.3 NADPH和NADP+ 182

10.1.4卡尔文循环 182

10.1.5 C4植物与C3植物 184

10.1.6叶绿体 184

10.1.7光合作用的效率 184

10.2人工光合作用 186

10.3转基因藻类 186

10.4染料敏化太阳电池 187

10.5双层有机太阳电池 188

习题 190

第11章 太阳热能 191

11.1早期太阳热能应用 191

11.2太阳能集热器 193

11.2.1选择性吸收表面 193

11.2.2平板太阳能集热器 197

11.2.3全玻璃真空管太阳能集热器 201

11.2.4热管式太阳能集热器 202

11.2.5高压真空管太阳能集热器 203

11.3太阳能热水器 204

11.3.1具有热管式太阳能集热器的系统 204

11.3.2具有承压热交换器的系统 205

11.3.3具有独立热交换水箱的系统 206

11.4太阳热发电 206

11.4.1抛物面槽式聚光器 207

11.4.2定日镜和中央接收器 208

11.4.3抛物面碟状聚光器和Stirling发动机 209

11.4.4太阳能的组合集成 210

11.4.5线性菲涅尔反射聚光器 211

习题 213

第12章能量存储 215

12.1显热存储 215

12.1.1水 216

12.1.2固体显热存储材料 217

12.1.3合成油与填充床 218

12.2相变存储 218

12.2.1水-冰系统 219

12.2.2石蜡和其他有机材料 220

12.2.3盐水合物 222

12.2.4 PCM封装 222

12.3蓄电池 222

12.3.1蓄电池的电化学 223

12.3.2铅酸蓄电池 224

12.3.3镍氢蓄电池 225

12.3.4锂电池 225

12.3.5锂的矿产资源 227

12.4太阳能和电动汽车 228

习题 230

第13章 阳光建筑 231

13.1早期太阳能建筑 232

13.1.1古代太阳能建筑 232

13.1.2中国农村房屋的整体结构 232

13.2建筑材料 233

13.2.1热阻 233

13.2.2比热阻 233

13.2.3热导系数:U值 234

13.2.4热质 235

13.2.5玻璃窗 235

13.3整体设计举例 236

13.4太阳能社区的土地利用 239

习题 241

附录 242

附录A能量单位转换 242

附录B球面三角学 243

B.1球面三角形 243

B.2余弦公式 244

B.3正弦公式 245

B.4公式C 246

习题 246

附录C量子力学基础 247

C.1谐振子 247

C.2角动量 249

C.3氢原子 251

附录D粒子统计 253

D.1麦克斯韦-玻尔兹曼统计 253

D.2费米-狄拉克统计 255

附录E AM1.5参考太阳光谱 255

符号列表 263

参考文献 266

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