內容簡介
《太陽能利用：原理·技術·工程》全面介紹了太陽能利用技術，分為原理篇、技術篇、工程篇三部分，共15章。原理篇介紹太陽能利用的基礎知識，以及太陽能工程的光學設計原理和傳熱分析原理，這是一切太陽能利用技術所共同需要的基礎；技術篇講述光熱轉換技術、光伏轉換技術、光化學制氫轉換技術、太陽能表面技術、太陽能材料、太陽能儲存等，涵蓋了太陽能利用的光熱、光伏和光化學制氫三大主題，目的是構建太陽能利用的工程技術基礎；工程篇講述太陽能熱利用工程、溫室工程、熱動力發電工程、光伏發電工程、生態工程等，詳細介紹各種太陽能利用專項工程的設計與分析，最後收尾到工程經濟分析。《太陽能利用：原理·技術·工程》可作為研究機構從事太陽能利用研發的科技人員和高等院校師生的參考用書，也可供有關管理人員和新能源愛好者閱讀與參考。
作者簡介
劉鑒民，1934年生，教授，1956年畢業於東南大學（原南京工學院）動力工程系，1956-1987年在中國科學院電工研究所長期從事磁流體發電和太陽能發電科研工作；1988-1995年在上海交通大學任教，從事太陽能光熱、光伏技術的教學和科研工作.1965年研製成功我國第一台燃燒型磁流體發電實驗機組，獲中科院新技術成果三等獎；主要參與研製成功磁流體發電2號機，獲中科院新技術成果二等獎。1977年開始從事太陽能發電科研工作.先後研製成功太陽能高溫鉻黑選擇性吸收塗層、太陽能磁阻式直線發電機、太陽能高真空集熱管、太陽能空腔集熱管等，獲得中科院相關獎項。曾任第一屆中國太陽能學會光熱發電專業委員會委員、國務院農村能源領導小組辦公室業務組組長。著有《磁流體發電》、《傳熱傳質原理及其在電力科技中的套用分析》，合著有《太陽能的利用》、《太陽能實用工程技術》、《新能源發電技術》等十餘部著作；發表學術論文五十餘篇；申報太陽能專利三項。目錄
原理篇第1章太陽能利用基礎知識
1．1太陽能利用的發展過程
1．1．1太陽能利用發展簡史
1．1．2太陽能利用的現狀和未來展望
1．2太陽
1．2．1太陽的結構
1．2．2太陽輻射
1．3日地天文關係
1．3．1幾個重要天文參數的定義
1．3．2天球與天球坐標系
1．3．3地球繞太陽的運行規律
1．4太陽常數
1．5太陽輻射在地球大氣層中的衰減
1．5．1Bouguer-Lambert定律
1．5．2均質大氣概念的近似
1．5．3大氣光學質量
1．5．4大氣透明度
1．6地球表面上太陽輻射能的計算
1．6．1地面上太陽輻射強度的計算
1．6．2月平均日太陽輻射總量的計算
1．7太陽輻射的測量
1．7．1世界太陽輻射測量標準
1．7．2太陽輻射測量儀器
1．8中國的太陽能資源
1．8．1太陽能資源的計算
1．8．2中國太陽能資源區劃
1．9太陽能利用的特點、方法和內容
1．9．1太陽能利用的特點
1．9．2太陽能利用的方法和內容
第2章太陽能工程光學設計原理
2．1概述
2．2物體及其表面的光輻射性質
2．2．1物體的輻射性質
2．2．2物體表面的光輻射性質
2．3太陽能聚光設計原理
2．3．1太陽能聚光方式簡介
2．3．2太陽能聚光設計原理
2．3．3太陽能聚光器的聚光比
2．4反射式聚光設計
2．4．1槽形拋物面聚光
2．4．2旋轉拋物面聚光
2．4．3複合拋物面聚光（CPC）
2．4．4球面聚光
2．4．5固定條形平面聚光
2．4．6圓漸開線聚光
2．4．7V形面聚光
2．5折射式聚光設計
2．5．1菲涅耳透鏡的演化由來
2．5．2菲涅耳透鏡的基本設計公式
2．5．3太陽能工程用菲涅耳透鏡
第3章太陽能套用傳熱分析原理
3．1導熱
3．1．1平壁導熱
3．1．2圓筒壁導熱
3．1．3肋片導熱
3．1．4導熱係數隨溫度變化的情況
3．2對流換熱
3．2．1對流與對流換熱的物理基礎
3．2．2對流換熱問題的分類
3．2．3對流換熱問題的求解
3．2．4管內對流換熱
3．2．5單根圓管橫向繞流換熱
3．2．6平板夾層有限空間自然對流換熱
3．2．7平板外掠受迫對流換熱
3．2．8堆積床中的對流換熱
3．3輻射換熱
3．3．1熱輻射
3．3．2輻射換熱中常用的幾個基本物理概念的定義
3．3．3黑體間的輻射換熱
3．3．4角係數的解析
3．3．5角係數的代數分析計算法
3．3．6灰體間的輻射換熱
3．4太陽能工程中幾個特定的傳熱問題
3．4．1光伏組件的傳熱分析
3．4．2聯集管導流強化對流換熱設計
3．4．3空腔開口的輻射換熱損失
3．4．4蜂窩結構的傳熱
技術篇
第4章光熱轉換技術
4．1概述
4．2平板集熱
4．2．1太陽能平板集熱器
4．2．2平板集熱設計
4．3真空管集熱
4．4太陽能空氣加熱
4．4．1基本形式和工作原理
4．4．2無孔平板太陽能空氣加熱器及其熱性能分析
4．4．3多孔吸熱板太陽能空氣加熱器及其熱性能分析
4．5聚光集熱
4．5．1點聚焦集熱
4．5．2線聚焦集熱
4．5．3低倍率聚光集熱
4．6集熱器的性能試驗
4．6．1瞬時熱性能試驗
4．6．2結構強度試驗
4．6．3性能老化試驗
第5章光伏轉換技術
5．1半導體物理基礎
5．1．1原子的能級
5．1．2晶體結構
5．1．3晶體中能帶的形成
5．1．4本徵半導體和摻雜半導體
5．1．5費米能級與載流子濃度
5．1．6半導體的光吸收特性
5．1．7載流子的產生
5．1．8載流子的輸運
5．1．9載流子的複合
5．2太陽能電池基本理論
5．2．1同質結太陽能電池理論
5．2．2肖特基結太陽能電池理論
5．2．3異質結太陽能電池理論
5．3矽太陽能電池
5．3．1矽太陽能電池的分類與技術發展簡況
5．3．2典型晶體矽太陽能電池的結構
5．3．3晶體矽太陽能電池的設計
5．3．4晶體矽太陽能電池典型生產工藝簡介
5．3．5矽太陽能電池高效化和薄膜化發展趨勢
5．4化合物半導體太陽能電池
5．4．1砷化鎵太陽能電池
5．4．2cds／cuInse，薄膜太陽能電池
5．5多結疊層太陽能電池
5．5．1多結太陽能電池的基本工作原理
5．5．2疊層太陽能電池的構造
5．5．3疊層太陽能電池的電性能
5．6太陽能電池特性的測量
5．6．1太陽能電池基本物理參數的測定
5．6．2太陽能電池電性能測量
5．6．3太陽能電池電特性的測量裝置
第6章光化學制氫轉換技術
6．1光電化學分解水制氫
6．1．1基本工作原理
6．1．2多結疊層太陽能電池直接電解水制氫
6．2光催化分解水制氫
6．2．1半導體體系
6．2．2金屬配合物體系
6．3熱分解水制氫
6．3．1直接熱分解法
6．3．2熱化學分解水制氫
6．4太陽能發電電解水制氫
6．4．1系統組成
6．4．2太陽能電解水制氫效率
6．5光生物化學分解水制氫
6．6太陽能制氫技術難點與前景展望
6．6．1太陽能制氫的技術難點
6．6．2太陽能制氫的前景展望
第7章太陽能表面技術
7．1概述
7．2光譜選擇性表面的工作原理、分類及其製作方法
……
第8章太陽能材料
第9章太陽能儲存
工程篇
第10章太陽能熱利用工程
第11章太陽能溫室工程
第12章太陽能熱動力發電工程
第13章太陽能光伏發電工程
第14章太陽能生態工程
第15章太陽能工程經濟分析
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前言
太陽能是眾所周知的可以就地取用、取之不竭、用之不盡的潔淨自然能源。太陽就像天穹中的火球，溫度高達6000K的表面向周圍輻射光和熱。地球是太陽系中距太陽最近的行星，月亮是地球的衛星。遠在兩千多年前，我國古籍中就有了陰陽、五行學說，記載了上天人地、“射日”、“奔月”的奇思妙想，提倡善用天時、地利、人和的優勢，運用太陽能育種、採光、培植、曬乾、窖存等技藝，創造了農耕社會輝煌的進展。然而，太陽能的分散性、到達地面時的低密度（約1kW／m2），還受晝夜、季節以及晴雨氣候變化和大氣質量的影響，難以充當“工業糧食”（能耗）的供應源，要滿足社會工業化、農業工程化和生活現代化對能源的需求，必須創新太陽能利用的聚能、儲能、調節以及能源多元化互補的信息化管理等高技術研究和實用性改進。本書取材豐富，資料翔實，基本覆蓋了太陽輻射熱、太陽光伏發電和太陽能制氫三大部分。氫氣是優異的動力工質，燃燒生產水蒸汽，不會污染生態環境。自然界含氫物質雖然很普遍，但提純氫要耗能，氫只是引人注目的載能介質。近年來，有關氫經濟的議論不斷，太陽能制氫能否降低氫的供應成本顯然與制氫的技術經濟相關聯。
太陽能是公認的工業社會和後工業社會未來的能源之星，有廣闊的利用前景。國際上正在興起“能源與環境”技術（ET）革新的熱潮，太陽能利用面臨著新的發展機遇。太陽能的合理開發利用可以減輕對化石燃料的依賴，有利於節能減排，發展和推行低碳經濟，改善生態環境和應對全球氣候變暖。從這個視角，本書的出版對太陽能利用感興趣的讀者或能開闊視野，了解國際現狀，展望深度開發利用的前景而有所裨益。
精彩書摘
1965-1973年，太陽能利用的研究開發又處於一個低谷期。其主要原因是，由於太陽能利用自身存在的一些特點，如技術開發周期長、投資大，經濟上一時很難與常規能源相競爭，以致得不到社會公眾、企業和政府的重視與支持。1973年，產生世界“石油危機”，客觀上使人們重新認識和評估能源戰略。世界石油和天然氣資源日趨枯竭，分布不均，為了長治久安地維持人類社會的延續，在能源戰略上必須徹底改變主要依靠常規能源的供能結構，逐步並有效地向主要依靠可再生能源過渡。由此，全球又一次掀起大力開發利用太陽能的熱潮，起步最快的是日本。1974年，日本政府制定了“陽光計畫”，其研究開發項目包括太陽房、太陽能工業熱利用、太陽能熱動力發電、太陽能電池及其光伏發電系統等。為實施這一計畫，日本政府和企業相繼投入了大量的人力和物力，並取得了長足的進展。
可以這樣說，1973一1980年是太陽能利用技術的研究和開發工作處於前所未有的大發展時期。從技術上看它具有以下的特點：
①技術研究領域不斷擴大，研究工作日益深入，取得了一些優秀的成果，如真空集熱管、複合拋物面聚光器（CPC）、非晶矽太陽能電池、太陽能熱動力發電和光解水制氫等。
②太陽能熱水器和晶體矽太陽能電池等產品開始商業化，初步建立起太陽能產業。
進入20世紀80年代，由於世界石油價格大幅回落，太陽能產品的性價比仍然很難與常規能源產品相競爭，以致太陽能利用的研究開發工作又進人一個新的低谷。
20世紀90年代，人們開始注意到，由於大量燃燒礦物燃料，造成了全球性的環境污染、生態破壞和氣候變暖，以致對人類的生存和發展構成威脅。人類為了自身的利益，必須大力開發可再生能源技術，將太陽能利用和環境保護緊密結合在一起，於是太陽能利用的研究開發工作又走出低谷。
