陽光普照大地，處處都有太陽能，地球每年接受的太陽能總量比地球上每年消耗的各種能量總合大幾萬倍。只要有太陽，太陽能就取之不盡、用之不歇，太陽能無排放、無污染。太陽能的缺點是夜間沒有、云雨天微弱、受氣候影響大。

太陽以電磁波或粒子形式向外輻射能量，稱為“太陽輻射”。我們把照射到單位面元上的輻射功率稱為“輻照度”，單位為瓦特/每平方米（W/m2）。在地球位于太陽與地球間的平均距離位置時，在大氣層外垂直于太陽輻射束的平面上的輻照度，稱之為“太陽常數(shù)”，其值為1367W/m2±7W/m2。太陽輻射中約8%是紫外線、46.4%是可見光、45.5%是紅外線，其他可忽略不計，圖1是太陽輻射光譜能量分布圖。

圖中上部紫色曲線是在大氣層外的輻射能量按波長的分布狀態(tài)；太陽輻射在進入大氣層時會有反射、散射，圖1中部的紅色曲線是經過大氣反射散射后到地面的輻射能量按波長的分布狀態(tài)；又由于大氣中的氣體分子與塵埃會吸收太陽的輻射能，而且不同的分子是選擇性的吸收不同波長的輻射，圖1下面的綠色曲線是被各種氣體分子吸收后到地面的輻射能量按波長的分布狀態(tài)。

在理想的空氣透明條件下，陽光垂直地面照射時，地面上的輻照度大約為1000W/m2。當陽光傾斜或大氣層加厚時，當空氣中水分子與塵埃較多時輻照度就要明顯下降。

任何高于絕對零度的物體都會發(fā)射輻射能，輻射能以電磁波或粒子形式的發(fā)射或傳播，稱之為熱輻射，熱輻射的傳播速度與光速相同。衡量輻射能大小有“輻射能”、“輻射強度”等參數(shù)。

當輻射投射在物體表面時，部分能量被吸收，部分能量被反射，余下能量將透過物體。定義以下數(shù)據(jù)來衡量物體對輻射吸收能力：

α=吸收比，代表被吸收的輻射能量與投射在物體上的總能量之比

ρ=反射比，代表被反射的輻射能量與投射在物體上的總能量之比

τ=透射比，代表被透射的輻射能量與投射在物體上的總能量之比

有?? α+ρ+τ=1???對于多數(shù)不透明的固體，τ=0，α+ρ=1

能夠全部吸收投射在其上的輻射的物體稱為“黑體”，真正的黑體并不存在，黑體只是一種理想物體，是衡量實際物體對輻射吸收能力的標準體；同時黑體也是衡量物體輻射能力大小的標準體，因為它在相同溫度下輻射能力最大。

實際的物體輻射能力都比黑體小，用“發(fā)射率ε”來衡量物體熱輻射能力的強弱，其定義為，物體在一定溫度下所發(fā)射的輻射能與同溫度下黑體所發(fā)射的輻射能之比。

并不一定只有黑色物體才接近黑體，人眼可見的黑色物體是能吸收所有可見光的物體，在非可見光范圍就不一樣了，例如人眼看到的白漆對遠紅外輻射的吸收能力就接近黑體。

開有小孔的空腔可以看成為黑體，因為射入小孔的輻射在空腔內要經過多次的吸收和反射，而每經歷一次吸收，輻射能就按照內壁吸收率的大小被減弱一次，最終能離開小孔的能量是微乎其微的，可以認為所投入的輻射完全在空腔內部被吸收。所以，就輻射特性而言，小孔具有黑體表面一樣的性質，但重要的條件是要求小孔面積占空腔內壁總面積的比值越小越好。

太陽能熱利用裝置主要部件是太陽能集熱器，是靠吸熱體吸收太陽輻射，要提高集熱器的效率要加強吸熱體對太陽輻射的吸收能力，減少熱量的散失。如果在吸熱體上涂黑漆，雖有0.95的吸收比，但其發(fā)射率也高達0.9，接受的熱量又會輻射出去，顯然涂黑漆不行，在吸熱體上覆蓋光譜選擇性吸收涂層可較好的解決這一問題。

由于在地面上的太陽輻射波長主要集中在0.3μm至2.0μm（見圖1），而物體的熱輻射波長主要集中在2.0μm至30μm，利用這一差別，制造出有高吸收比與低發(fā)射率的涂層覆蓋在吸熱體上，稱之為光譜選擇性吸收涂層。這些涂層多為金屬化合物或金屬氧化物組成，其吸收比在0.9以上，發(fā)射率一般小于0.2。

在玻璃真空管上的選擇性吸收涂層多為“鋁-氮/鋁”或“不銹鋼-碳/鋁”，采用磁控濺射工藝制作，其吸收比在0.9以上、發(fā)射率小于0.1；對于銅制吸熱件可用化學轉換著色法生成氧化銅膜作選擇性吸收涂層，是一種簡單成熟的制作方法，其吸收比為0.91、發(fā)射率為0.05。

熱傳導是熱能在固體或靜止液體中傳遞的方式，只要物體中有溫差，熱能就會從高溫處向低溫處傳遞。金屬的熱傳遞主要是由自由電子的擴散完成；非金屬固體的熱傳遞主要是由晶格上的原子振蕩來完成，由于電子輸送熱量效果好，故金屬導熱性能比非金屬好。氣體與液體導熱是通過分子運動與碰撞來完成的。

導熱速率（單位時間的熱流量）Q與溫度梯度dT/dn與熱流通過的截面積A成比例，有

Q=-λAdT/dn

λ是導熱系數(shù)（熱導率），單位是W/(m.K)

下表為常見金屬、非金屬、液體、氣體的導熱系數(shù)

當流體流過固體表面時，流體與固體表面之間發(fā)生的熱量傳遞過程稱為對流傳熱。對流傳熱除了流體與固體各自的熱傳導外主要是流體分子的熱運動加上流體與固體表面分子間的碰撞熱運動組成，而且流體的運動速度對傳熱速率影響很大。除了流體運動速度外，產生對流傳熱的面積、流體的黏度、密度、導熱系數(shù)、比熱容等都與傳熱速率有關系。

若流體的運動是由水泵（或風機）等外部因素引起稱為強制對流，若流體的運動是因流體的密度差造成的浮力引起稱為自然對流（或浮力對流）。因強制對流有較高的流速故有較大的傳熱速率。

上圖是一個簡單的熱管剖面圖（為顯示清楚將熱管加粗），由一根兩端封閉的管芯，內抽真空并充一定量的液體，熱管下端是蒸發(fā)段上端是冷凝段。蒸發(fā)段從管芯外吸收熱量使液體氣化，蒸汽上升到冷凝段，冷凝段管壁外有溫度較低的流體，蒸汽遇冷管壁釋放氣化潛熱凝為液體，液體因重量下降回蒸發(fā)段，如此反復循環(huán)，熱量從熱管一端傳向另一端。由于是相變傳熱，能以較小的溫差高速傳輸較大的熱量，或者說在有限的溫差傳輸更多的熱量。由于這種熱管內的流體是依靠重力循環(huán)的故稱為“重力熱管”。依靠其他形式循環(huán)的熱管這里就不再介紹了。

可根據(jù)熱管的工作溫度在管內充不同的液體，常溫下一般用水，低溫下可充其他液體，高溫熱管可充金屬鈉或鉀等。