第1章緒論001

1.1能源及其分類001

1.1.1能源001

1.1.2能源的分類002

1.2我國太陽能資源概況003

1.3太陽能利用現狀與趨勢004

1.3.1太陽能熱利用005

1.3.2太陽能光伏發電009

1.3.3太陽光照明010

1.3.4太陽光生物利用010



第2章太陽輻射011

2.1太陽和地球011

2.1.1太陽結構011

2.1.2太陽常數012

2.1.3太陽波長012

2.1.4地球運轉013

2.2太陽輻射的入射角013

2.2.1相關角度的定義014

2.2.2太陽入射角的計算015

2.2.3跟蹤太陽時太陽入射角的計算016

2.3大氣層外水平面上的太陽輻射016

2.4大氣對太陽輻射的影響017

2.4.1大氣的吸收、散射和反射017

2.4.2大氣質量018

2.4.3大氣透明度018

2.5太陽輻射分量的測量020

2.6地表水平面上的太陽輻射計算020

2.6.1月平均日水平面上的輻照量020

2.6.2標準晴天水平面上的輻照量021

2.6.3晴空指數022

2.6.4由日輻照總量估算小時輻照量023

2.7地表傾斜面上的太陽輻射計算024



第3章太陽能集熱器028

3.1集熱器的分類028

3.2平板集熱器028

3.2.1概述028

3.2.2結構及特點029

3.2.3吸熱板的橫向溫度分布032

3.2.4換熱網絡分析033

3.2.5有效得熱量035

3.2.6瞬時熱效率及其測量035

3.3真空管集熱器039

3.3.1全玻璃真空管集熱器039

3.3.2熱管式真空管集熱器041

3.3.3其他金屬吸熱體真空管集熱器042

3.3.4真空管集熱器效率計算044

3.4聚光型集熱器044

3.4.1拋物面型聚光器045

3.4.2復合拋物面型聚光器046

3.4.3菲涅耳透鏡聚光器050

3.5集熱器安裝傾角050



第4章太陽能熱利用052

4.1太陽能熱水繫統052

4.1.1太陽能熱水繫統分類052

4.1.2太陽能熱水繫統簡介053

4.1.3自然循環繫統流量計算057

4.1.4建築供熱水繫統058

4.1.5繫統熱負荷059

4.1.6太陽能集熱器的選用061

4.2太陽能暖房062

4.2.1主動式太陽能暖房062

4.2.2被動式太陽能暖房062

4.3太陽能制冷063

4.3.1光熱轉換制冷064

4.3.2光電轉換制冷065

4.4太陽能熱發電066

4.4.1塔式光熱發電066

4.4.2槽式光熱發電067

4.4.3碟式光熱發電068

4.4.4太陽能煙囪發電068

4.5太陽能海水淡化069

4.5.1海水的組成與性質069

4.5.2太陽能海水淡化法分類071

4.5.3太陽能蒸餾海水淡化法071

4.5.4太陽能加濕除濕海水淡化法077

4.5.5光伏發電-反滲透海水淡化法080

4.5.6其他太陽能海水淡化法082

4.5.7太陽能海水淡化性能指標084

4.5.8太陽能海水淡化後處理085

4.6太陽能干燥085

4.6.1太陽能干燥方法085

4.6.2太陽能熱泵聯合干燥法090

4.7太陽灶092

4.7.1箱式太陽灶092

4.7.2聚光式太陽灶092

4.7.3熱管式太陽灶093

4.7.4旋轉拋物面聚光原理093

4.8太陽能溫室094

4.8.1太陽能溫室的分類094

4.8.2塑料大棚095

4.8.3日光溫室096

4.8.4主動式太陽能溫室097

4.8.5光伏太陽能溫室098



第5章太陽能光伏發電099

5.1光伏發電發展簡介099

5.2光伏發電原理與性能100

5.2.1光伏發電原理100

5.2.2太陽能電池的性能101

5.3太陽能電池102

5.3.1晶體硅太陽能電池102

5.3.2薄膜太陽能電池104

5.3.3新型太陽能電池106

5.4光伏發電繫統107

5.4.1光伏發電繫統的分類107

5.4.2光伏發電繫統的主要組成108

5.4.3溫度對光伏發電效率的影響113

5.4.4離網式光伏發電繫統設計案例113

5.5光伏發電在航空航天領域的應用115

5.5.1光伏發電與太陽能飛機115

5.5.2光伏發電與衛星116



第6章太陽光照明118

6.1概述118

6.2導光管法118

6.2.1導光管法的主要部件118

6.2.2導光管的采光計算120

6.3光導纖維法122

6.3.1光導纖維的導光原理122

6.3.2光導纖維的分類122



第7章相變材料儲熱124

7.1相變材料124

7.1.1相變材料分類124

7.1.2相變材料選擇標準127

7.2相變儲熱強化傳熱技術127

7.2.1提高繫統傳熱繫數128

7.2.2保持傳熱溫差128

7.2.3增大傳熱接觸面積129

7.3相變儲熱換熱器設計基礎130

7.3.件設計130

7.3.2保溫結構設計132

7.4相變儲熱應用132

7.4.1太陽能海水淡化中的應用132

7.4.2太陽能熱發電中的應用133

7.4.3綠色節能建築中的應用134



附錄136

附錄1我國主要城市各月的設計用氣像參數136

附錄2部分城市集熱器安裝傾角140

附錄3熱水用水定額141

附錄4不同地區冷水參考溫度143

附錄5中國部分省市光伏電站安裝傾角及發電量速查表144



參考文獻155

碳排放與所使用的能源種類及其加工方式密切相關。二氧化碳過度排放導致全球變暖，因此降低碳排放是人類的共同目標。近年來，我國在碳減排方面成效顯著，2019年碳排放強度比2005年下降48.1%。2020年我國提出力爭在2030年前實現“碳達峰 ”，爭取2060年前實現“碳中和”的目標，碳減排迎來歷史性的轉折。未來數十年，大力發展和利用可再生能源勢在必行。太陽能作為可再生能源的重要組成部分，也將迎來新的發展時期。

隨著我國太陽能應用領域的不斷擴展和相關產業的快速發展，出版一本能夠比較全面地介紹太陽能利用原理和新技術的專業教材就顯得十分必要。

本書是作者根據常年從事太陽能利用方面的教學與科研經驗，結合太陽能利用新技術的發展，參考大量相關著作和文獻編寫而成的。全書圖文並茂，簡潔易懂，從太陽能利用的基本理論出發，對太陽能光熱和光電利用技術進行了較為全面的介紹。全書共分7章，主要內容包括：能源的分類，太陽能的利用現狀與發展趨勢；太陽輻射的基本概念和計算方法；常用集熱器的結構、特點及應用，集熱性能的分析及測量方法；太陽能熱利用的主要技術，包括太陽能熱水繫統、太陽能暖房、太陽能制冷、太陽能熱發電、太陽能海水淡化、太陽能干燥、太陽灶和太陽能溫室等；太陽能光伏發電的原理、部件、繫統及應用；太陽光照明；不同類型相變材料的儲熱性能、相變材料強化傳熱及相變材料在太陽能利用中的應用等。

由於編者水平和時間所限，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正！



編者

2022年1月