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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Rtτ282

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Rtθ284

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τtθ285

附录5—11 南向挑檐对南窗的遮阳修正系数？sh288

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？r290

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