太阳能 可再生能源与环境PDF电子书下载

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