一、太陽能的吸收

太陽能的吸收其實也包含轉換，如太陽光照射在物體上，被物體吸收，物體的溫度升高，這就使太陽光能變成了熱能。太陽光照射在太陽電池上被它吸收，在電極上產生電壓，能通過外電路輸出電能，就是把太陽光能變成電能。太陽光照射在植物的葉子上，被葉綠體吸收，通過光合作用變成化學能，而且儲存在其中，維持植物生命并促使它生長，在這里太陽能的吸收不僅包含轉換，甚至也和能量的儲存有關。太陽光被吸收、轉換成為熱能是最普遍、最常見的，因而也是目前太陽能最廣泛的利用方式。

當太陽輻射能入射到任何材料的表面上時，有一部分被反射出去，一部分被材料吸收，另一部分會透過材料。如果人射的輻射能為H，根據能量守恒的原理，它應當等于被材料反射的能量、吸收的能量和透過材料的能量之和。用數學式表示如下：

式中α—吸收率，為吸收能量占全部人射能的百分比；

ρ—反射率，為反射能量占全部人射能的百分比；

τ—透射率，為透射能量占全部入射能的百分比。

由（1-6）式不難看出：

α+ρ+τ=1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?-7）

這3個量的大小，不但與物質表面溫度、物理特性、幾何形狀、材料性質有關，而且與波長也有關。當τ=0時，這種物體就是不透明體，當a=1時，就是人射能全被物體吸收，這種物體稱為黑體。反射分為兩種，一種是鏡面反射，另一種是漫反射。鏡面反射服從人射角等于反射角的反射定律。這在改變太陽光的方向，使它聚集在聚光器中有用。漫反射使人射輻射在反射后分散到各個方向上。通常實際物體的表面均具有這兩種反射的性質，只是各占的比例不同而已。

物體的另一個重要的輻射性質是發(fā)射率ε，它是一個物體總發(fā)射能量E與同溫度下黑體的總發(fā)射能量E_b之比，即：

ε的大小，一般與材料、溫度、波長等有關，這些數據通常收集在表格中備查。

前面說過，太陽輻射達到地面的波長范圍絕大部分在0.2～2.6μm之間，而溫度為70℃左右的物體表面輻射波長在5～40μm范圍內。作為太陽能集熱器的熱損失，主要來源于其自身的熱輻射。當集熱器不斷吸收太陽輻射，自身溫度逐漸升高，成為熱輻射源，熱輻射能量也逐漸增大，最后達到熱平衡，集熱器溫度不再升高。因此，吸收能量的大小和可達到的最高溫度，是由吸收率α和自身熱發(fā)射率ε_T所決定的。所謂選擇性吸收面，就是對太陽的短波輻射吸收性能好，而本身的長波熱發(fā)射量很少的表面。顯然，這種表面對于太陽能利用具有很重要的意義。

由進一步的研究得知，吸收面所能達到的最高溫度，即平衡溫度與α/ε_T有密切關系。a/ε_T越大，則可能達到的最高溫度越高。當a／ε_T=1時，這種吸收面稱為中性吸收面。如果太陽輻射強度H=0.8kW／m²，則中性吸收面所能達到的最高溫度為70℃。在太陽能熱利用中，當然希望a／ε_T越大越好，一般希望a/ε_T≈10左右為佳。a/ε_T＜1也稱為具有選擇性，通常叫做冷面，主要用于散熱表面，具有良好的發(fā)射作用。按制作方法，選擇性吸收面分為以下4種：

（l）漆

在金屬基材上涂一層半導體性質的黑漆，使之吸收短波太陽輻射，透射較長波長的輻射。

（2）化學處理

將金屬基材經化學處理，使其表面生成具有選擇性的黑色化合物，如銅黑（CuO+Cu₂O）、鐵黑（Fe₃O₄）、鋁黑等。

（3）電鍍

在金屬基材上鍍上黑色合金，使其表面具有選擇性，如鎳黑、鉻黑（Cr_X、O_y）等。

（4）真空蒸鍍

利用真空蒸鍍技術，是表面獲得選擇性，例如真空蒸鍍的硫化鉛表面，性能很好，在高溫中受紫外線照射后，性能仍然穩(wěn)定，各種選擇性吸面的性質如表1-3所示。