太阳能利用中的光谱选择性涂层

目录

第一章 引言

第二章 热辐射基础

第三章 光谱选择性涂层在太阳集热器中的应用

第四章 光谱选择性涂层的制备方法

第五章 光谱选择性吸收涂层

第六章 光谱选择性透过涂层

第七章 材料发射率的检测

第八章 太阳吸收率的检测

附录一 经典电磁理论在预示热辐射性质中的应用

附录二 某些材料的法向全发射率及法向照射下的太阳能吸收率

太阳集热器是太阳热能利用系统的核心装置；在太阳集热器中应用特定的光谱选择性涂层，能有效地提高集热器的效率。本书对这类涂层的工作原理、制备方法及性能检测等问题作了较系统的叙述。全书共分八章，主要内容为：热辐射基础知识；光谱选择性涂层的工作原理；光谱选择性涂层的制备方法；选择性吸收涂层及选择性透射涂层；热发射率及太阳吸收率的检测等。

本书主要读者对象为从事太阳能利用研究的科技人员，也可作为高等院校中工程热物理专业及材料科学等专业师生参考。

中高温选择性吸收涂层是槽式太阳能热发电技术的核心，要求太阳光谱可见光到近红外范围内具有高的吸，同时在红外波段具有较低的发射率，能有效地将太阳能转化为热能；传统的单一金属陶瓷的高温稳定性制约了该技术在大气下使用的规模化推广，本项目采用高温稳定的铌硅金属间化合物取代传统的Mo、W等单一金属，利用金属间化合物的高温稳定性实现涂层的稳定性，结果表明： 氮掺杂和ITO掺杂能有效构建出不同消光系数和折射率的单层膜，软件模拟和实际制备均得到了高吸收低发射的涂层，最佳性能：吸收率为95.27%，发射率为4.2%；研究了Nb-Si-N和Nb5Si3-ITO薄膜致密性和高温稳定性的关系，得到致密性是高温稳定性的基础，氮掺杂和ITO掺杂均能有效的提高涂层的稳定性。通过研究退火前后Nb5Si3-ITO膜层厚度的变化，得到大气条件下高温稳定性变差是吸收层被氧化造成的； 以Nb5Si3-ITO为基础研究了不锈钢衬底上制备选择性吸收涂层的光学性能和热稳定性，并对膜层进行了优化，降低500℃的发射率。制备在Mo-Ag为红外高反射层上的涂层初始光学性能最优 (α=95.27%，εRT=4.2%)，但含银的涂层大气热稳定性较差。Mo为红外高反射层的涂层具有最佳的热稳定性， 500℃/120 h退火后吸收率仅下降0.41%，发射率仅上升0.1%；通过改进膜系结构，500℃发射率由19.4%下降到11.3%；改良涂层依然具有较好的高温稳定性，大气下500℃退火120 h后，光学性能几乎保持不变 (α=93.18%，εRT=8.5%，ε500℃=12.5%)。 2100433B

太阳能中高温选择性吸收涂层是太阳能中高温利用的关键材料，除了需要具有较高的吸收率和较低的发射率，高温稳定性是制约其实用化的一大障碍。传统中高温选择性吸收涂层采用金属钼和钨等单质金属纳米粒子为吸收粒子，大气稳定性差；金属间化合物原子间的键合不仅有金属键，也包括离子键和共价键，具有较强的高温稳定性。.本项目拟采用高温稳定的铌硅金属间化合物为吸收粒子，分别采用铌硅的氮化物和氧化铟锡作为介质材料，形成介质材料包覆纳米粒子的吸收层。首先分析低温发射率和高温发射率的区别，研究填充因子、膜系结构对高温发射率的影响，对膜系进行光学设计和光谱裁剪，降低涂层高温发射率；其次对涂层热处理前后的结构、成分、界面状态等分析，得到高温条件下膜层性能退化机理，重点研究氮元素和易结晶氧化铟锡掺入对膜层致密性的影响，以及致密性和高温稳定性的关系。本课题的研究将为降低发射率和提高涂层稳定性开辟新的路径，具有重大的科学意义。

原理篇

第1章 太阳能利用基础知识

1.1 太阳能利用的发展过程

1.1.1 太阳能利用发展简史

1.1.2 太阳能利用的现状和未来展望

1.2 太阳

1.2.1 太阳的结构

1.2.2 太阳辐射

1.3 日地天文关系

1.3.1 几个重要天文参数的定义

1.3.2 天球与天球坐标系

1.3.3 地球绕太阳的运行规律

1.4 太阳常数

1.5 太阳辐射在地球大气层中的衰减

1.5.1 Bouguer"para" label-module="para">

1.5.2 均质大气概念的近似

1.5.3 大气光学质量

1.5.4 大气透明度

1.6 地球表面上太阳辐射能的计算

1.6.1 地面上太阳辐射强度的计算

1.6.2 月平均日太阳辐射总量的计算

1.7 太阳辐射的测量

1.7.1 世界太阳辐射测量标准

1.7.2 太阳辐射测量仪器

1.8 中国的太阳能资源

1.8.1 太阳能资源的计算

1.8.2 中国太阳能资源区划

1.9 太阳能利用的特点、 方法和内容

1.9.1 太阳能利用的特点

1.9.2 太阳能利用的方法和内容

第2章 太阳能工程光学设计原理

2.1 概述

2.2 物体及其表面的光辐射性质

2.2.1 物体的辐射性质

2.2.2 物体表面的光辐射性质

2.3 太阳能聚光设计原理

2.3.1 太阳能聚光方式简介

2.3.2 太阳能聚光设计原理

2.3.3 太阳能聚光器的聚光比

2.4 反射式聚光设计

2.4.1 槽形抛物面聚光

2.4.2 旋转抛物面聚光

2.4.3 复合抛物面聚光（CPC）

2.4.4 球面聚光

2.4.5 固定条形平面聚光

2.4.6 圆渐开线聚光

2.4.7 V形面聚光

2.5 折射式聚光设计

2.5.1 菲涅耳透镜的演化由来

2.5.2 菲涅耳透镜的基本设计公式

2.5.3 太阳能工程用菲涅耳透镜

第3章 太阳能应用传热分析原理

3.1 导热

3.1.1 平壁导热

3.1.2 圆筒壁导热

3.1.3 肋片导热

3.1.4 导热系数随温度变化的情况

3.2 对流换热

3.2.1 对流与对流换热的物理基础

3.2.2 对流换热问题的分类

3.2.3 对流换热问题的求解

3.2.4 管内对流换热

3.2.5 单根圆管横向绕流换热

3.2.6 平板夹层有限空间自然对流换热

3.2.7 平板外掠受迫对流换热

3.2.8 堆积床中的对流换热

3.3 辐射换热

3.3.1 热辐射

3.3.2 辐射换热中常用的几个基本物理概念的定义

3.3.3 黑体间的辐射换热

3.3.4 角系数的解析

3.3.5 角系数的代数分析计算法

3.3.6 灰体间的辐射换热

3.4 太阳能工程中几个特定的传热问题

3.4.1 光伏组件的传热分析

3.4.2 联集管导流强化对流换热设计

3.4.3 空腔开口的辐射换热损失

3.4.4 蜂窝结构的传热

技术篇

第4章 光热转换技术

第5章 光伏转换技术

第6章 光化学制氢转换技术

第7章 太阳能表面技术

第8章 太阳能材料

第9章 太阳能储存

工程篇

第10章 太阳能热利用工程

第11章 太阳能温室工程

第12章 太阳能热动力发电工程

第13章 太阳能光伏发电工程

第14章 太阳能生态工程

第15章 太阳能工程经济分析

附录A 以太阳能转换原理为准区划的太阳能利用系统与工作内容汇总

附录B 叠层玻璃太阳能平板空气加热器换热模型

附录C 太阳总辐射度AM1.5G的Pspice网单

参考文献2100433B