太陽能利用中的光譜選擇性涂層

目錄

第一章 引言

第二章 熱輻射基礎

第三章 光譜選擇性涂層在太陽集熱器中的應用

第四章 光譜選擇性涂層的制備方法

第五章 光譜選擇性吸收涂層

第六章 光譜選擇性透過涂層

第七章 材料發(fā)射率的檢測

第八章 太陽吸收率的檢測

附錄一 經典電磁理論在預示熱輻射性質中的應用

附錄二 某些材料的法向全發(fā)射率及法向照射下的太陽能吸收率

太陽集熱器是太陽熱能利用系統的核心裝置；在太陽集熱器中應用特定的光譜選擇性涂層，能有效地提高集熱器的效率。本書對這類涂層的工作原理、制備方法及性能檢測等問題作了較系統的敘述。全書共分八章，主要內容為：熱輻射基礎知識；光譜選擇性涂層的工作原理；光譜選擇性涂層的制備方法；選擇性吸收涂層及選擇性透射涂層；熱發(fā)射率及太陽吸收率的檢測等。

本書主要讀者對象為從事太陽能利用研究的科技人員，也可作為高等院校中工程熱物理專業(yè)及材料科學等專業(yè)師生參考。

中高溫選擇性吸收涂層是槽式太陽能熱發(fā)電技術的核心，要求太陽光譜可見光到近紅外范圍內具有高的吸，同時在紅外波段具有較低的發(fā)射率，能有效地將太陽能轉化為熱能；傳統的單一金屬陶瓷的高溫穩(wěn)定性制約了該技術在大氣下使用的規(guī)?；茝V，本項目采用高溫穩(wěn)定的鈮硅金屬間化合物取代傳統的Mo、W等單一金屬，利用金屬間化合物的高溫穩(wěn)定性實現涂層的穩(wěn)定性，結果表明： 氮摻雜和ITO摻雜能有效構建出不同消光系數和折射率的單層膜，軟件模擬和實際制備均得到了高吸收低發(fā)射的涂層，最佳性能：吸收率為95.27%，發(fā)射率為4.2%；研究了Nb-Si-N和Nb5Si3-ITO薄膜致密性和高溫穩(wěn)定性的關系，得到致密性是高溫穩(wěn)定性的基礎，氮摻雜和ITO摻雜均能有效的提高涂層的穩(wěn)定性。通過研究退火前后Nb5Si3-ITO膜層厚度的變化，得到大氣條件下高溫穩(wěn)定性變差是吸收層被氧化造成的； 以Nb5Si3-ITO為基礎研究了不銹鋼襯底上制備選擇性吸收涂層的光學性能和熱穩(wěn)定性，并對膜層進行了優(yōu)化，降低500℃的發(fā)射率。制備在Mo-Ag為紅外高反射層上的涂層初始光學性能最優(yōu) (α=95.27%，εRT=4.2%)，但含銀的涂層大氣熱穩(wěn)定性較差。Mo為紅外高反射層的涂層具有最佳的熱穩(wěn)定性， 500℃/120 h退火后吸收率僅下降0.41%，發(fā)射率僅上升0.1%；通過改進膜系結構，500℃發(fā)射率由19.4%下降到11.3%；改良涂層依然具有較好的高溫穩(wěn)定性，大氣下500℃退火120 h后，光學性能幾乎保持不變 (α=93.18%，εRT=8.5%，ε500℃=12.5%)。 2100433B

太陽能中高溫選擇性吸收涂層是太陽能中高溫利用的關鍵材料，除了需要具有較高的吸收率和較低的發(fā)射率，高溫穩(wěn)定性是制約其實用化的一大障礙。傳統中高溫選擇性吸收涂層采用金屬鉬和鎢等單質金屬納米粒子為吸收粒子，大氣穩(wěn)定性差；金屬間化合物原子間的鍵合不僅有金屬鍵，也包括離子鍵和共價鍵，具有較強的高溫穩(wěn)定性。.本項目擬采用高溫穩(wěn)定的鈮硅金屬間化合物為吸收粒子，分別采用鈮硅的氮化物和氧化銦錫作為介質材料，形成介質材料包覆納米粒子的吸收層。首先分析低溫發(fā)射率和高溫發(fā)射率的區(qū)別，研究填充因子、膜系結構對高溫發(fā)射率的影響，對膜系進行光學設計和光譜裁剪，降低涂層高溫發(fā)射率；其次對涂層熱處理前后的結構、成分、界面狀態(tài)等分析，得到高溫條件下膜層性能退化機理，重點研究氮元素和易結晶氧化銦錫摻入對膜層致密性的影響，以及致密性和高溫穩(wěn)定性的關系。本課題的研究將為降低發(fā)射率和提高涂層穩(wěn)定性開辟新的路徑，具有重大的科學意義。

原理篇

第1章 太陽能利用基礎知識

1.1 太陽能利用的發(fā)展過程

1.1.1 太陽能利用發(fā)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 日地天文關系

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(guī)律

1.4 太陽常數

1.5 太陽輻射在地球大氣層中的衰減

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

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(qū)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 復合拋物面聚光（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

2.4.7 V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 太陽能應用傳熱分析原理

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 導熱系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 角系數的解析

3.3.5 角系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

第5章 光伏轉換技術

第6章 光化學制氫轉換技術

第7章 太陽能表面技術

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(fā)電工程

第13章 太陽能光伏發(fā)電工程

第14章 太陽能生態(tài)工程

第15章 太陽能工程經濟分析

附錄A 以太陽能轉換原理為準區(qū)劃的太陽能利用系統與工作內容匯總

附錄B 疊層玻璃太陽能平板空氣加熱器換熱模型

附錄C 太陽總輻射度AM1.5G的Pspice網單

參考文獻2100433B