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第1章 太阳辐射资源及其测量与计算 1

1.1 太阳能的源泉 1

1.1.1 太阳的结构 1

1.1.2 太阳的电磁波谱 3

1.2 与太阳有关的一些基本术语和定律 4

1.2.1 术语与单位 4

1.2.2 基本定律 14

1.3 太阳与地球之间关系的天文背景 18

1.3.1 天球与天球坐标系 18

1.3.2 地球自转和公转形成的变化 20

1.3.3 时间的计量 21

1.3.4 太阳能利用中一些常用天文参数的计算 23

1.4 太阳常数和太阳光谱 28

1.4.1 太阳常数测量进展 29

1.4.2 太阳光谱 32

1.5 太阳辐射在大气中的衰减 41

1.5.1 大气成分 41

1.5.2 Bouguer—Lambert定律 42

1.5.3 均质大气 43

1.5.4 大气光学质量 43

1.5.5 大气中的太阳辐射 46

1.5.6 地表的太阳光谱 48

1.6 太阳辐射的测量与标准 51

1.6.1 气象辐射测量仪器 51

1.6.2 气象辐射测量标准 54

1.7 太阳能资源的计算与分区 61

1.7.1 太阳能资源的计算 61

1.7.2 太阳能资源分区 62

第2章 传热学基础 65

2.1 引言 65

2.2 导热 66

2.2.1 平板导热 66

2.2.2 多层平板导热 67

2.2.3 通过圆管及球体的导热 68

2.2.4 圆管导热速率的简化计算 69

2.2.5 热导率随温度改变的速率计算 70

2.3 在对流边界条件下平板和圆管壁的传热速率的计算 71

2.4 对流换热 74

2.4.1 层流和湍流 74

2.4.2 边界层概念 75

2.4.3 对流换热的经验公式 77

2.5 辐射换热 84

2.5.1 吸收、反射和透射 84

2.5.2 黑体及黑体辐射定律 84

2.5.3 物体表面间辐射换热的计算方法 91

2.5.4 通过半透明介质的辐射传递 95

第3章 光谱选择性材料及其应用 101

3.1 引言 101

3.2 光谱选择性吸收表面（暗镜）的工作原理 102

3.2.1 实际物体的发射率及吸收率 102

3.2.2 理想的光谱选择性吸收表面 103

3.3 光谱选择性吸收表面之分类 104

3.3.1 吸收—反射组合型 105

3.3.2 反射—吸收组合型 105

3.4 太阳能吸收率的检测 106

3.4.1 概述 106

3.4.2 瞬态绝对卡计法 106

3.4.3 瞬态相对卡计法 107

3.4.4 积分球反射率测定仪 108

3.4.5 太阳能吸收率快速检测仪 110

3.4.6 关于标准试样 112

3.5 发射率的检测 112

3.6 透明薄膜热辐射性质的测定 114

3.7 选择性辐射的特殊应用——辐射致冷 116

3.7.1 概述 116

3.7.2 辐射体和“风屏”的组合方案 119

3.7.3 辐射体的净辐射散热和平衡温度的计算方法 120

3.7.4 计算实例 122

3.8 光谱选择性吸收涂层 123

3.8.1 本征材料 123

3.8.2 吸收体—反射器堆 124

3.8.3 纯半导体 129

3.8.4 金属硅化物和碳化物太阳选择性表面 131

3.8.5 粉末半导体—反射器堆 131

3.8.6 多层干涉堆 132

3.8.7 复合材料涂层 133

3.8.8 光学捕集系统 134

3.9 光谱选择性透过涂层 136

3.9.1 具有高红外反射率的金属膜 136

3.9.2 宽带隙半导体 137

3.9.3 选择性透过膜的品质 140

3.9.4 透明热镜和选择性吸收器 141

3.9.5 选择性透过涂层在光电转换中的应用 141

第4章 太阳热水装置 147

4.1 概述 147

4.1.1 太阳热水器发展史话 147

4.1.2 太阳热水器的现状与发展趋势 149

4.2 平板太阳集热器 150

4.2.1 概述 150

4.2.2 典型平板太阳集热器的构造 150

4.2.3 平板太阳集热器的能量平衡方程 151

4.2.4 平板太阳集热器的总热损失系数 154

4.2.5 平板太阳集热器的热性能分析 156

4.2.6 集热器的效率方程 163

4.2.7 平板太阳集热器的设计 165

4.2.8 平板集热器的性能测试 170

4.3 玻璃真空管太阳集热器 177

4.3.1 玻璃真空太阳集热管综述 177

4.3.2 全玻璃真空太阳集热管 178

4.3.3 玻璃真空热管式集热器 182

4.3.4 全玻璃真空管太阳集热器 184

4.4 太阳热水系统 187

4.4.1 太阳热水系统的组成及其类型 187

4.4.2 自然循环式太阳热水系统 191

4.4.3 强制循环式太阳热水系统 194

4.4.4 直流式太阳热水系统 198

4.4.5 整体式太阳热水系统 199

4.4.6 太阳热水系统的防冻 199

4.4.7 太阳热水系统的设计 201

4.4.8 太阳热水系统的安装、使用、管理与维修 206

4.4.9 太阳热水系统的设计示例 208

第5章 被动式太阳房热工设计 212

5.1 概述 212

5.1.1 被动式太阳房的基本类型 212

5.1.2 术语 215

5.2 太阳能资源区划及其利用价值的评估 216

5.2.1 资源区划标准 216

5.2.2 我国44个城镇的综合气象因素SDM值 217

5.2.3 太阳能资源作为太阳能采暖利用价值的评估 217

5.3 太阳房热工设计要则 218

5.3.1 详细、准确地占有原始资料 218

5.3.2 总体设计要则 219

5.4 太阳房基本热工参数的计算 222

5.4.1 度日值DD的计算和基础温度Tb的选取 222

5.4.2 负荷系数的计算 222

5.4.3 通过玻璃后的日射得热 224

5.5 太阳房室内平均气温的预测和辅助热量的估算 233

5.5.1 太阳房的热平衡 234

5.5.2 太阳房室内空气平均温度的预测 235

5.5.3 太阳房采暖辅助热量的估算 238

5.6 太阳房热工设计资料附录 241

附录5—1 我国42个城镇太阳房设计用气象参数 241

附录5—2 太阳房气象区划及代表城市的综合数据表 255

附录5—3 我国国产平板玻璃基本光学特性表 257

附录5—4 不同KL值的平板玻璃在不同日射入射角时的透过系数以及透过和吸收总得热率 258

附录5—5 不同纬度的逐时太阳位置和不同朝向表面的直接日射入射角 261

附录5—6 我国42个城镇通过南向垂直面玻璃（KL=0.135时）的总日射辐照量 269

附录5—7 玻璃透过率的KL值修正系数αKL及通过玻璃的日射得热总量对日射透过得热量之间的比例系数Rtτ 282

附录5—8 通过不同朝向玻璃窗与南窗的总日射辐照量之比 283

附录5—9 投射在不同朝向倾斜面上的总日射辐照量和水平面上的总日射辐照量的比值Rtθ 284

附录5—10 不同朝向及倾角的玻璃（KL=0.135时）总日射透过系数τtθ 285

附录5—11 南向挑檐对南窗的遮阳修正系数？sh 288

附录5—12 南向集热部件在装设镜面反射板以后的日射辐照量修正系数？r 290

附录5—13 建筑材料热物理性能计算参数 293

附录5—14 导热系数λ及蓄热系数S的修正系数a值 297

附录5—15 空气间层热阻值〔m2·℃/W〕 297

附录5—16 围护结构表面与空气之间的换热系数和换热阻 298

附录5—17 常用材料表面的法向发射率 298

附录5—18 建筑围护结构外表面的太阳辐射吸收系数 299

附录5—19 窗户传热系数 300

附录5—20 门的传热系数 300

附录5—21 我国部分城镇南向垂直窗的热效率 301

附录5—22 我国部分城镇南向垂直集热墙和附加阳光间的热效率 310

第6章 太阳灶 316

6.1 概述 316

6.1.1 炊事工作对太阳灶的要求 316

6.1.2 太阳灶的集热过程 317

6.1.3 太阳灶的基本类型 319

6.1.4 抛物线和旋转抛物面 320

6.1.5 聚光比和极限聚光比 322

6.2 太阳灶基本结构与截光面设计 326

6.2.1 基本结构 326

6.2.2 截光面设计 326

6.2.3 截光面设计参数的选择 337

6.2.4 截光面积的计算 345

6.2.5 太阳灶截光面设计举例 347

6.3 太阳灶结构设计 350

6.3.1 灶体 350

6.3.2 反光材料 352

6.3.3 支撑结构 353

6.3.4 跟踪机构 356

6.3.5 锅架 358

6.4 轴外聚光太阳灶 362

6.4.1 轴外聚光问题 362

6.4.2 轴外聚光太阳灶的设计 364

6.4.3 轴外聚光太阳灶的优缺点 367

6.5 太阳灶灶体的制作 369

6.5.1 模型 370

6.5.2 灶体制作 373

6.6 太阳灶热力学模型及热性能测试 378

6.6.1 太阳灶热力学模型与热效率特性 379

6.6.2 聚光太阳灶热性能测试 383

6.6.3 热性能测试过程及要求 385

6.7 热箱式太阳灶和固定式太阳灶 389

6.7.1 热箱式太阳灶 389

6.7.2 固定式太阳灶 390

第7章 太阳能干燥 391

7.1 概述 391

7.2 湿空气的性质和焓湿图 391

7.2.1 湿空气的组成和状态参数 391

7.2.2 湿空气的焓湿图 396

7.2.3 焓湿图的应用 398

7.3 太阳能干燥器的物料衡算 399

7.3.1 物料含水率计算 399

7.3.2 干燥过程排水量的计算 400

7.3.3 干燥过程空气消耗量的计算 401

7.4 太阳能干燥器分类 402

7.4.1 太阳能集热器型干燥器 402

7.4.2 太阳能温室型干燥器 403

7.4.3 太阳能集热器—温室型干燥器 403

7.5 干燥动力学 404

7.5.1 物料中所含水分的性质 404

7.5.2 物料干燥过程的汽化热 406

7.5.3 干燥曲线 406

7.5.4 干燥速率 407

7.5.5 影响干燥速率的因素 409

7.6 物料干燥特性研究 410

7.6.1 两种中药材干燥特性实验研究 410

7.6.2 毛皮类物料干燥特性研究 412

7.7 太阳能干燥过程的动态分析 416

7.7.1 薄层物料干燥过程动态模拟研究 416

7.7.2 带热泵的空气集热器型太阳能干燥器干燥过程的动态模拟 420

7.7.3 温室型太阳能干燥器的干燥过程动态模拟 426

7.8 提高太阳能干燥器热效率的措施 429

7.8.1 对物料进行上、下两个方向加热的实验研究 429

7.8.2 带有下加热用侧立面反射板系统阳光得热的计算 431

7.9 温室型太阳能干燥装置 434

7.9.1 太阳能干燥凉果装置 434

7.9.2 广州三元里太阳能干燥装置 442

7.10 集热器型太阳能干燥系统类型及设计举例 443

7.10.1 直流式系统 443

7.10.2 循环式系统 444

7.10.3 集热器型太阳能干燥系统设计举例 444

7.11 集热器—温室型太阳能干燥系统 447

7.11.1 太阳能干燥果品装置 447

7.11.2 太阳能干燥中药丸装置 447

7.11.3 集热器和温室采光面积的确定 448

7.12 附录 450

附录7—1 湿空气的密度、水蒸气压力、含湿量和焓 450

附录7—2 湿空气焓湿图 452

第8章 太阳光伏发电 454

8.1 导论 454

8.1.1 太阳能发电的优缺点 454

8.1.2 太阳电池的分类 455

8.1.3 光伏发电的历史和现状 457

8.1.4 中国的太阳光伏发电 458

8.2 太阳电池的工作原理和基本特性 462

8.2.1 半导体物理基础 462

8.2.2 太阳电池工作原理 471

8.2.3 太阳电池的基本特性 473

8.2.4 影响太阳电池转换效率的因素 476

8.3 硅太阳电池制造工艺 477

8.3.1 硅材料的制备与选取 478

8.3.2 单体电池的制造 479

8.3.3 太阳电池组件及封装 487

8.4 太阳电池性能测试 489

8.4.1 太阳模拟器 489

8.4.2 太阳模拟器某些光学特性的检测 490

8.4.3 单体太阳电池测试 491

8.4.4 基本测试方法 491

8.4.5 非晶硅太阳电池电性能测试 494

8.4.6 太阳电池组件测试和环境试验方法 495

8.4.7 太阳电池测试装置 496

8.5 高效率、低成本新型光伏材料太阳电池 497

8.5.1 太阳电池新材料的选择 497

8.5.2 新型太阳电池的结构 497

8.5.3 低成本晶体硅材料 499

8.5.4 薄膜硅太阳电池 499

8.5.5 化合物半导体太阳电池 502

8.5.6 有机太阳电池 504

8.5.7 高效太阳电池 504

第9章 太阳能的贮存 512

9.1 概述 512

9.1.1 太阳能贮存的必要性 512

9.1.2 太阳能贮存的可行性 513

9.2 太阳能热贮存的分类及一般要求 521

9.2.1 太阳能热贮存的分类 521

9.2.2 太阳能热贮存的一般要求 522

9.3 太阳能的显热贮存 523

9.3.1 引言 523

9.3.2 液体显热贮存 525

9.3.3 固体显热贮存 530

9.4 太阳能的潜热贮存 533

9.4.1 引言 533

9.4.2 水合盐类贮热 535

9.4.3 有机盐类贮热 538

9.5 太阳能的可逆化学反应热贮存 539

9.5.1 引言 539

9.5.2 可逆化学反应的贮热原理 539

9.5.3 选择反应的标准以及可能的待选反应 542

9.5.4 可逆化学反应贮热的主要优缺点 544

9.6 太阳能的电贮存（一） 544

9.6.1 铅酸蓄电池的一般性质 545

9.6.2 铅酸蓄电池栅极合金的特性 545

9.6.3 铅酸蓄电池的化学反应 546

9.6.4 铅酸蓄电池的特性 547

9.6.5 铅酸蓄电池的寿命 548

9.6.6 铅酸蓄电池的充电和放电电压 549

9.6.7 电解质的密度 550

9.6.8 铅酸蓄电池的自放电 550

9.7 太阳能的电贮存（二） 552

9.7.1 镍—镉蓄电池 552

9.7.2 镍—铁蓄电池 554

9.7.3 钠—硫蓄电池 556

9.7.4 使用蓄电池时经常遇到的问题 556

附录1 太阳辐射能量光谱分布数据 561

附录2 非金属的热导率 565

附录3 液体的物性值 567

附录4 气体的物性值 569

附录5 各种材料的短波吸收率（α）及长波发射率（ε） 572

附录6 各种材料的表面总发射率 574

附录7 太阳电池的分类及其主要参数 576

附录8 一些重要太阳电池材料的特性 577

附录9 太阳电池常用的材料参数 578