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第1章 太阳能简介1

1.1 21世纪的全面能源风暴1

1.2 用于农村发展的可再生能源2

1.3 可再生能源解决方案3

1.4 全球的太阳能源4

习题4

第2章 太阳能资源5

2.1 引言5

2.2 太阳与地球之间的几何关系5

2.2.1 地球与太阳之间的距离6

2.2.2 太阳的视路径7

2.2.3 地球和天球坐标系8

2.2.4 太阳对水平面的位置10

2.2.5 太阳对倾斜面的位置18

2.3 时差22

2.4 太阳的构造24

2.5 电磁辐射25

2.6 太阳光谱28

2.7 太阳常数29

2.8 地外太阳辐射30

2.9 地上太阳辐射33

2.10 地上太阳辐射的测量34

2.11 倾斜集热器的地上日照36

2.11.1 瞬时辐射和一小时辐射39

2.11.2 日日照的月平均值41

参考文献44

习题45

第3章 工程学基础：热力学和传热学46

3.1 引言46

3.2 导热46

3.3 直角坐标系中的一维导热48

3.4 热阻回路49

3.5 圆柱坐标系中的一维导热50

3.6 对流传热52

3.7 辐射传热54

3.7.1 表面特性55

3.7.2 黑体辐射55

3.7.3 实际物体的辐射55

3.8 热力学简介56

3.8.1 热力学第一定律57

3.8.2 热力学第二定律58

3.8.3 热力学第三定律58

参考文献59

习题59

第4章 太阳能热系统及应用60

4.1 引言60

4.2 太阳能集热器60

4.2.1 平板型集热器60

4.2.2 真空管太阳能集热器65

4.2.3 聚光型集热器66

4.2.4 复合抛物型聚能器73

4.2.5 菲涅耳镜聚能器75

4.2.6 定日镜76

4.3 跟踪系统78

4.4 太阳能热系统78

4.4.1 主动式和被动式太阳能热系统79

4.4.2 主动式太阳能热系统实例：污泥干燥系统85

4.4.3 直接和间接被动式太阳能蒸馏实例：水脱盐系统89

4.4.4 被动式太阳能间接干燥系统实例：食品干燥系统90

4.4.5 主动式太阳能化学过程实例：水解毒系统90

参考文献93

第5章 光伏电池94

5.1 引言94

5.2 晶体结构94

5.3 电池物理学96

5.4 能带96

5.5 电子及其能量97

5.6 电子和空穴98

5.7 直接和间接带隙材料98

5.8 掺杂99

5.9 输送99

5.10 产生与复合100

5.11 P-N结100

5.12 太阳能电池方程101

5.13 特性102

5.14 效率103

5.14.1 温度104

5.14.2 光104

5.14.3 材料类型及纯度104

5.13.4 寄生电阻105

5.15 研究现状105

5.15.1 太阳能聚能电池106

5.15.2 多结电池106

5.15.3 薄膜技术106

5.15.4 量子点107

5.16 太阳能电池的应用107

5.16.1 公用电网107

5.16.2 太空系统108

5.16.3 太阳能产品108

参考文献108

习题108

第6章 光伏转换系统109

6.1 太阳能的效益109

6.2 组件的基本电气概念110

6.2.1 光伏发电的电气特性111

6.2.2 常用光伏术语112

6.2.3 I-V曲线112

6.3 光伏方阵114

6.3.1 提高输出电压114

6.3.2 增加输出电流115

6.4 光伏方阵倾角116

6.5 平衡系统117

6.5.1 储能118

6.5.2 充电控制器118

6.5.3 逆变器和变换器118

6.6 并网光伏系统121

6.6.1 接地以及与DC和AC电路的连接121

6.6.2 净计量122

6.7 光伏系统的安全122

6.8 光伏系统测试要求123

参考文献123

习题123

第7章 光伏发电系统定容及设计124

7.1 引言124

7.2 太阳能资源在定容上的作用124

7.3 太阳轨迹125

7.4 太阳能发电系统的定容因素126

7.5 太阳能发电系统定容126

7.5.1 简单光伏直流系统容量设计案例127

7.5.2 逆变器容量设计128

7.6 太阳能抽水系统定容130

7.7 水泵系统定容的一般方法131

7.8 光伏系统设计的电气规程134

7.9 独立型光伏照明系统设计案例138

参考文献141

习题141

第8章 光伏发电的应用142

8.1 引言142

8.2 并网光伏发电142

8.3 日本光伏的发展和应用144

8.3.1 日本政府发展光伏的方法146

8.3.2 日本的光伏产业148

8.3.3 日本的光伏市场148

8.3.4 日本的光伏发电导则149

8.3.5 日本的光伏设计150

8.3.6 日本光伏系统的保质期152

8.3.7 日本光伏产业的发展152

8.3.8 日本光伏组件的合格检测154

8.4 日本光伏发展的未来趋势154

8.5 独立光伏应用155

8.5.1 光伏太阳能家庭照明系统155

8.5.2 光伏蓄电池充电站158

8.5.3 光伏工程长期持续的人类动机：系统成功的最终动力160

8.5.4 Xenimajuyu的光伏工程：Xocoy家161

8.6 学校用光伏系统162

8.7 用于环境保护地区的光伏系统164

8.7.1 光伏制冰和制冷166

8.7.2 光伏制冰168

8.8 光伏抽水169

8.8.1 液压工作量169

8.8.2 其他要点170

8.8.3 水压171

8.8.4 静水头171

8.8.5 抽水需求172

8.8.6 动态系统172

8.8.7 水需求量174

8.8.8 蓄水和蓄电池储能比较175

8.8.9 太阳能水泵的抽水机理176

8.8.10 太阳能水泵使用的电动机类型179

8.8.11 太阳能水泵控制器179

8.8.12 水泵选择180

8.8.13 安装、运行和维护181

8.8.14 系统安装181

8.9 太阳能水泵的接地和防雷保护184

8.9.1 所有金属构件和电器外壳的互连184

8.9.2 接地184

8.9.3 浮控开关电缆185

8.9.4 防雷保护的补充措施185

8.10 太阳能水泵的太阳跟踪系统185

8.10.1 被动跟踪185

8.10.2 主动跟踪器与被动跟踪器比较186

8.11 太阳能水泵系统的运行和维护186

8.12 光伏方阵187

8.12.1 水泵和电动机187

8.12.2 供水系统188

8.13 光伏水泵的运行结果188

参考文献189

第9章 经济学问题190

9.1 太阳能是免费的，但它的成本何在？190

9.2 经济可行性191

9.3 经济因素192

9.4 经济分析192

9.4.1 简单回收期193

9.4.2 电量成本194

9.5 寿命周期成本195

9.6 现值和平准化成本196

9.7 电量的年度化成本198

9.8 外部性198

9.8.1 外部性评估方法199

9.8.2 太阳能利用的社会视角199

9.9 太阳能灌溉案例研究200

9.9.1 系统成本估计200

9.9.2 近似成本表200

9.9.3 抽水方案的比较201

9.10 抽水系统实例202

9.11 小结203

参考文献204

习题205

第10章 体制问题206

10.1 引言206

10.2 可持续性206

10.3 体制方面的考虑207

10.3.1 政策问题207

10.3.2 能力建设207

10.3.3 教育与培训208

10.3.4 技术支持208

10.3.5 当地基础设施开发208

10.3.6 将社区包括进来：可持续性与包含性209

10.4 利益相关方209

10.4.1 设备硬件与费用账单210

10.4.2 降低盗窃风险210

10.4.3 光伏发电和“洁净循环”210

10.5 项目实施211

10.5.1 进行战略规划211

10.5.2 实施示范项目211

10.5.3 创造可持续性市场211

10.5.4 基层开发法212

10.5.5 安装适当的硬件212

10.5.6 监控212

10.6 传播太阳能技术的体制模式212

10.6.1 现金出售214

10.6.2 消费信贷214

10.6.3 租赁215

10.6.4 补贴215

10.7 管理与所有权216

10.7.1 授权安排216

10.7.2 合同216

10.7.3 租赁216

10.7.4 所有权转让（翻转方式）216

10.7.5 联合与合作217

10.8 收费与付款217

10.8.1 免费217

10.8.2 名义收费（补贴）217

10.8.3 服务费用217

10.8.4 付款217

10.9 其他关键问题218

10.10 小结218

习题218

第11章 储能219

11.1 简介219

11.2 光伏系统中的蓄电池219

11.2.1 铅锑蓄电池220

11.2.2 铅钙蓄电池220

11.2.3 胶体电解质蓄电池221

11.2.4 镍镉蓄电池222

11.3 铅酸蓄电池结构223

11.4 铅酸蓄电池的运行224

11.4.1 放电过程224

11.4.2 充电过程225

11.4.3 电解液和比重226

11.4.4 水226

11.4.5 蓄电池充放电效率226

11.5 铅酸蓄电池的特性227

11.5.1 储能容量227

11.5.2 蓄电池循环寿命227

11.5.3 蓄电池的连接方式228

11.6 蓄电池故障原因229

11.6.1 过充电229

11.6.2 充电不足229

11.6.3 短路230

11.6.4 硫化230

11.6.5 水损耗230

11.6.6 自放电230

11.7 蓄电池维护231

11.7.1 液体比重计及其用法232

11.7.2 温度校正232

11.7.3 热带气候232

11.8 蓄电池的安全措施233

11.8.1 蓄电池酸液234

11.8.2 氢气234

11.8.3 蓄电池封壳235

11.9 蓄电池失效原因236

11.9.1 蓄电池的使用和安装236

11.9.2 蓄电池的历史情况236

11.9.3 外观检查237

11.9.4 蓄电池年龄237

11.9.5 过充电或充电不足237

11.9.6 内部检查237

11.9.7 蓄电池容器238

11.9.8 电解液238

11.10 蓄电池选择标准238

11.10.1 蓄电池购置时应考虑的因素239

11.10.2 蓄电池系统的其他考虑因素239

11.11 充电控制器术语240

11.12 充电控制器工作方式241

11.12.1 并联控制器241

11.12.2 串联控制器241

11.13 充电控制器选择标准242

11.13.1 充电控制器采购规范242

11.13.2 充电控制器的厂家附加说明243

参考文献243

习题243

词汇表244

蓄电池244

电气246

光伏发电248

太阳能251

太阳能抽水252

附录A 世界太阳辐照数据255

附录B 摩擦损失系数274

附录C 现值系数276

附录D 光伏抽水系统的近似成本278