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| 內容簡介： |
太阳能是一种“取之不尽、用之不竭”的可再生能源，由于水平地面所接收到的太阳能能量密度不高，采用聚光模式提高太阳能能量密度是一种较好的利用方式，特别是非成像太阳能聚光器具有不需跟踪装置、系统静态运行、易于集成构建、运行状态稳定等优点。本书阐述了太阳辐射及太阳能几何光学、非成像太阳能聚光器原理、非成像太阳能聚光器设计方法及系统构建等内容，对非成像太阳能聚光器的光学原理、模型构建、数值计算等内容进行了较为详尽的说明，并附有大量的图表及样例程序。
本书可作为能源动力类相关专业的本科生、研究生学习非成像太阳能聚光系统的参考资料，也可供新能源、动力工程、热能工程等学科领域的工程设计及科研人员参考。
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| 目錄：
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主要符号表
第1章 绪论 1
1.1 能源及其现状 1
1.1.1 能源概念及分类 1
1.1.2 能源现状及计量方式 3
1.2 太阳能资源 4
1.2.1 太阳能资源概念及特点 4
1.2.2 太阳能资源分布 6
1.3 太阳能发展与利用 7
1.3.1 太阳能发展历程 7
1.3.2 太阳能利用现状 9
1.4 本书主要内容与特点 14
第2章 太阳辐射理论 16
2.1 太阳与地球 16
2.1.1 太阳结构 16
2.1.2 日地月之间的运动关系 17
2.1.3 地球绕日公转 18
2.2 太阳辐射 27
2.2.1 太阳常数及辐射光谱 27
2.2.2 太阳辐射和角度及应用 29
2.2.3 大气层外太阳辐射 46
2.3 水平地面的太阳辐射量 48
2.3.1 大气层对太阳辐射的影响 48
2.3.2 标准晴空模型水平面辐射量计算 50
2.3.3 太阳辐射量直散分离计算方法 52
2.4 光口平面太阳辐射量 56
2.4.1 太阳光线在光口平面的入射角 56
2.4.2 光口平面的辐射量 60
2.5 集热器倾角和方位角 72
2.5.1 集热器放置原则 72
2.5.2 集热器倾角和方位角 72
2.6 被遮蔽的太阳辐射 74
2.6.1 建筑物对太阳辐射的遮挡 74
2.6.2 太阳能集热器阵列间的遮挡 74
2.6.3 南立面遮阳窗 77
2.7 太阳辐射量的测量 78
2.7.1 直射辐射的测量 78
2.7.2 总辐射和散射辐射的测量 78
2.7.3 日照时数的测量 79
2.8 本章拓展 79
2.8.1 椭圆方程及轨道方程 79
2.8.2 日地距离变化规律 81
2.8.3 昼长与日出日落时间 84
第3章 太阳能利用基础光学 94
3.1 费马原理 94
3.1.1 光学基本概念 94
3.1.2 费马原理及变分方程 96
3.2 几何光学基本定律 96
3.2.1 光的直线传播 96
3.2.2 光的表面反射 97
3.2.3 光的折射 98
3.3 菲涅耳公式 99
3.3.1 反射与透射振幅 99
3.3.2 反射率和透射率 101
3.4 光的吸收与透射 101
3.4.1 反射引起的透射率 101
3.4.2 吸收引起的透射率 106
第4章 非成像太阳能聚光理论 108
4.1 非成像太阳能光学基本原理 108
4.1.1 非成像光学概念及研究内容 108
4.1.2 非成像光学基本原理 108
4.2 板形吸收体标准CPC 109
4.2.1 上平板形吸收体CPC 109
4.2.2 下平板形吸收体CPC 117
4.2.3 竖板形吸收体CPC 118
4.2.4 三角形吸收体CPC 119
4.2.5 板形标准CPC基本特性 120
4.3 圆形吸收体标准CPC 125
4.3.1 圆形吸收体CPC面形 125
4.3.2 圆形吸收体CPC基本特性 139
4.4 标准CPC的几何画法 144
4.4.1 标准CPC画法原理 144
4.4.2 标准CPC面形几何画法 145
4.5 新型结构的CPC 148
4.5.1 CPAC 148
4.5.2 组合型CPC 186
4.6 本章拓展 187
4.6.1 理想聚光器 187
4.6.2 圆形吸收体CPC弧长 188
4.6.3 智能算法构建CPAC面形 189
第5章 传热学基础 203
5.1 导热传热 203
5.1.1 基本概念 203
5.1.2 傅里叶定律与导热传热 205
5.1.3 导热过程单值条件 211
5.1.4 导热问题求解 212
5.1.5 传热热阻 212
5.2 对流传热 213
5.2.1 对流传热概述 213
5.2.2 对流传热微分方程 214
5.3 辐射传热 216
5.3.1 热辐射的本质 216
5.3.2 热辐射基本定律 217
5.3.3 辐射传热计算 219
5.4 本章拓展 227
5.4.1 方向向量与梯度 227
5.4.2 柱坐标系的梯度 228
5.4.3 球坐标系的梯度 229
5.4.4 斯特藩-玻尔兹曼定律与普朗克定律 229
第6章 太阳能系统自动控制基础 233
6.1 单片机概述 233
6.1.1 单片机基本概念 233
6.1.2 单片机主要特点 233
6.1.3 单片机发展及种类 234
6.1.4 单片机等级 236
6.1.5 STM32单片机 236
6.2 太阳能系统常见物理量测量 239
6.2.1 辐照度的测量 239
6.2.2 温度的测量 248
6.3 PID算法及温度控制 262
6.3.1 PID算法原理 262
6.3.2 PID算法用于温度控制 265
第7章 太阳能光伏发电 275
7.1 光伏发电简介 275
7.1.1 太阳能电池 275
7.1.2 光伏发电发展 275
7.2 光伏发电的优缺点 277
7.2.1 光伏发电的优点 277
7.2.2 光伏发电的缺点 278
7.3 太阳能电池的分类 279
7.3.1 按基体材料分类 279
7.3.2 按电池结构分类 281
7.3.3 按电池表面能流分类 281
7.3.4 按电池用途分类 281
7.4 太阳能电池的结构及工作原理 282
7.4.1 太阳能电池的基本结构 282
7.4.2 太阳能电池的工作原理 282
7.5 太阳能电池制造工艺 284
7.5.1 选择硅片 284
7.5.2 硅片的表面处理 285
7.5.3 扩散制结 286
7.5.4 刻蚀去边 286
7.5.5 制作减反射膜 286
7.5.6 上下电极 287
7.5.7 电池测量 287
7.6 太阳能电池组件 287
7.6.1 太阳能电池组件的基本特性 287
7.6.2 太阳能电池组件的结构及分类 288
7.6.3 太阳能电池组件的封装工艺 288
7.7 太阳能光伏发电系统 289
7.7.1 太阳能光伏发电系统结构 289
7.7.2 太阳能光伏发电系统分类 291
7.7.3 太阳能光伏发电应用 291
7.7.4 太阳能光伏发电系统设计 292
第8章 非成像太阳能应用系统 294
8.1 非成像光学与CPC 294
8.1.1 非成像光学起源 294
8.1.2 CPC应用 294
8.2 非成像CPC的应用 295
8.2.1 真空管耦合CPC 295
8.2.2 嵌入式CPC集热系统 296
8.2.3 组合型CPC集热系统 300
主要参考文献 311
附录A 昆明地区典型气象年的核心数据 319
附录B 部分常用热电偶参考分度值 329
附录C PT100和PT1000热电阻参考分度值 344
附录D 部分常用半导体热敏电阻参考分度值 351
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| 內容試閱：
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能源资源和生态环境是人类当前所面临的巨大挑战，传统常规能源在不久的将来将被消耗殆尽，不复存在，且常规能源大量使用，给人类赖以生存的地球家园带来了诸多问题，积极发展清洁的可再生能源已成为人类的必然选择。太阳能资源在众多可再生能源中，因其总量巨大、分布广泛、获取方便等显著优势而备受关注。
太阳能资源伴随着人类文明发展的全过程，而人类广泛利用太阳能资源的时间还不足几百年。其原因主要与科学技术发展的综合水平有密切的联系，以及受到世界能源资源的消耗总量与供需关系的影响。目前，太阳能的开发利用主要集中在太阳能光热利用和光伏发电两个方面，其中太阳能光热利用中的非成像聚光系统因其具有不需跟踪装置、静态聚光运行、工作状态稳定、易于集成构建等优点，适合于中低温集热、聚光光伏发电、采光照明等太阳能系统的应用。
常规的非成像太阳能聚光器主要由反射面形和吸收体两部分组成。非成像太阳能聚光研究的内容主要是针对太阳能系统中光能传递的有效控制，着重研究太阳光从采光口进入非成像太阳能聚光面形后所进行的光学行为，目的在于对太阳辐射进行有效收集。这里的能量收集通常是指对太阳能的高效利用，也就是如何设计聚光器的面形结构将太阳光能有效收集到吸收体表面而被利用。
作者在撰写本书时，在非成像太阳能聚光器设计原理方面得到了云南师范大学唐润生教授的悉心指导，受益于唐润生教授对非成像太阳能聚光器的精厚认知，作者深受启发，并结合自20世纪60年代以来非成像太阳能聚光器的发展与应用，以及近些年来持续围绕太阳能热利用所开展的探索和研究工作，根据太阳能及非成像聚光的基本原理与相关技术撰写此书，供相关学科的教师、科研人员、学生、工程师参考。
本书由作者统稿，共分为8章。第1章从世界能源资源发展及当前现状开始谈起，重点讲述了可再生能源中太阳能开发与利用的发展现状；第2章介绍了太阳能资源，以及太阳能资源从太阳表面发出直至到达太阳能装置或系统的全过程，并基于典型气象年数据，给出了地表工作的太阳能系统采光量计算步骤；第3～5章讲述了非成像太阳能聚光的基本原理及太阳能相关的几何光学和传热理论，在介绍非成像太阳能聚光的基本原理及面形数学模型中，给出了推导过程，力图做到简单明了；第6章和第7章讲述了非成像太阳能系统实际工作所需的自动控制系统及光伏供电原理，并给出了温度控制系统及独立太阳能光伏系统设计实例；第8章讲述了非成像太阳能应用系统的设计方法，并给出了非成像太阳能聚光系统光学性能的数值计算程序。
在撰写本书时，作者充分考虑了知识的系统性和完整性，并且在叙述理论和原理的过程中，对知识点进行了较为详细的说明，力求做到对每个知识点背后所蕴含的基本原理与方法进行详尽的解释，目的是让读者对每个知识点的理解都较为清晰、透彻。
在撰写本书过程中，作者在章节安排、内容设置、编写逻辑等方面得到了昆明理工大学梅毅教授、李斌教授、宋鹏云教授、朱孝钦教授、杨春曦教授、谢德龙教授、别玉副教授和云南师范大学李明教授的悉心指导，也得到了博士研究生张学艳及硕士研究生夏恩通、高崇、邓成刚、许金韬、胡鑫、李永才和本科生李贵宏在本书的绘图、制表、整理、校对等方面提供的虔心帮助，在此一并衷心致谢。
感谢国家自然科学基金项目（项目编号：51866005）、云南省科技计划项目重大科技专项（项目编号：2019ZE002）、云南省科技计划面上项目（项目编号：2017FB092）、云南省“万人计划”青年拔尖人才专项（项目编号：YNWR-QNBJ-2019-173）对本书出版给予的支持。
由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，恳请读者批评指正，以便后续进行修订、补充和完善。
陈 飞
2020年3月
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