應用光伏學

引言
第1章 太陽光的特性
1.1 波粒二象性
1.2 黑體輻射
1.3 太陽及其輻射
1.4 太陽的輻射
1.5 直接輻射和漫射
1.6 溫室效應
1.7 太陽的視運動
1.8 日照數據及估算
1.8.1 地外輻射
1.8.2 在水平面上的陸地全局輻射
1.8.3 全局輻射與漫射成分
1.8.4 落在傾斜表面上的輻射
1.9 太陽能與光伏學
習題
第2章 半導體與P-N結
2.1 半導體
2.1.1 化學鍵模型
2.1.2 能帶模型
2.1.3 摻雜
2.2 半導體的種類
2.2.1 單晶 (sc-Si)
2.2.2 多晶 (mc-Si)
2.2.3 非晶 (a-Si)
2.2.4 薄膜晶體
2.3 光的吸收
2.4 復合
2.5 P-N結
習題
第3章 太陽能電池的特性
3.1 光照的影響
3.2 光譜響應
3.3 溫度的影響
3.4 寄生電阻的影響
習題
第4章 太陽能電池特性和設計
4.1 效率
4.2 光學損失
4.3 復合損失
4.4 頂電極設計
4.4.1 體電阻率和方塊電阻
4.4.2 柵線間隔
4.4.3 其他損失
4.5 實驗室電池與工業要求的對比
4.6 激光刻槽一埋柵太陽能電池
習題
第5章 光伏電池的互聯和組件的裝配
5.1 組件和電路設計
5.2 相同特性的電池

5.3 非相同特性的電池
5.4 非相同特性的電池組件
5.5 熱點過熱
5.6 組件構造
5.7 抗候性
5.8 溫度因素
5.9 電絕緣
5.10 機械保護
5.11 降格與失效
5.12 物化能量和生命周期的問題
習題
第6章 獨立光伏系統的結構
6.1 引言
6.2 獨立光伏系統設計
6.3 電池組件
6.4 蓄電池
6.4.1 電池種類
6.4.2 應用
6.4.3 要求
6.4.4 效率
6.4.5 額定功率和容量
6.4.6 放電深度
6.5 鉛酸蓄電池
6.5.1 類型
6.5.2 極板材料
6.5.3 充電
6.5.4 效率
6.5.5 工業標准和分類
6.6 其他蓄電池設備
6.6.1 鎳鎘蓄電池
6.6.2 鎳氫蓄電池
6.6.3 可充電鹼性錳蓄電池
6.6.4 鋰離子和鋰聚合物蓄電池
6.6.5 氧化還原蓄電池
6.6.6 大型電容器
6.7 功率調節與控制
6.7.1 二極管
6.7.2 穩壓器
6.7.3 逆變器
6.8 系統平衡器件
6.8.1 電路布線
6.8.2 過流保護
6.8.3 開關
6.8.4 連接器
6.8.5 接地
6.8.6 雷電防護
6.8.7 計量和報警
6.8.8 蓄電池保護和安全標識
6.8.9 電子元器件的保護
6.8.10 組件支架
習題
第7章 獨立光伏系統設計
7.1 引言
7.2 系統利用率
7.3 混合系統
7.4 光伏系統的簡易設計方法
7.5 聖第亞國家實驗室的方法
7.6 《澳大利亞標准AS4509.2》
7.7 系統設計軟件
習題
第8章 光伏的特殊應用
8.1 引言
8.2 空間應用
8.3 海洋航行輔助
8.4 無線電通信
8.4.1 便攜式光伏電源
8.4.2 無線電話服務
8.4.3 手機網絡
8.4.4 光纖網絡
8.5 陰極保護
8.5.1 系統尺寸
8.5.2 控制器
8.5.3 電源供應系統
8.6 水泵
8.7 室內使用的消費光伏產品
8.8 電池充電器
8.9 發展中國家的光伏發電
8.10 冷藏
8.11 光伏動力運輸
8.12 太陽能汽車
8.13 照明
8.14 遠程監測
8.15 直接驅動的應用
8.16 電力防護柵欄
習題
第9章 偏遠地區供電系統
9.1 家用電力系統
9.1.1 交流或直流的選擇
9.1.2 電器用品
9.1.3 用戶用電指導
9.1.4 光伏-柴油／汽油混合發電系統
9.1.5 柴油發電機
9.1.6 汽油發電機
9.1.7 混合系統設計
9.2 RAPS系統成本
9.3 便攜式RAPS系統
9.3.1 邊遠地區原住居民用便攜系統
9.3.2 太陽能集成屋
9.3.3 Stationpowe
9.4 可靠性和維護
9.5 政府援助計划
習題
第10 章並網光伏系統
10.1 引言
10.2 光伏系統在建築上的應用
10.2.1 太陽能板的安裝
10.2.2 逆變器
10.2.3 本地存儲
10.2.4 系統規模和經濟分析
10.2.5 其他方面
10.3 光伏在公共電網中的應用
10.4 光伏集中發電站的設計
10.5 安全
10.6 光伏發電的價值
10.6.1 能源效益
10.6.2 產能信用度
10.6.3 分布優勢
10.6.4 實例1：加利福尼亞，科爾曼配電支線1103
10.6.5 實例2：澳大利亞，卡爾巴里
10.7 國際光伏市場
10.7.1 美國
10.7.2 日本
10.7.3 歐洲
10.7.4 印度
10.7.5 中國
10.7.6 澳大利亞
習題

所謂光伏，是指通過太陽能電池為媒介，將太陽光直接轉化為電能的過程。光伏太陽能電池的能量轉換機制不同於太陽熱發電，更與太陽能熱水系統對太陽能的利用存在本質的差異。光伏技術建立在量子力學和半導體物理學的理論基礎上，致力於光電材料與器件的研發與應用，實現常溫下光能與電能的直接轉換。

隨着煤炭、石油等傳統燃料資源的頻頻告急，不可再生能源的使用對環境造成的危害日益加劇，能源問題將嚴重制約人類工業和經濟的發展。取之不盡、用之不竭、廉價無污染的太陽輻射能將成為未來最重要的可再生能源。太陽能產業潛力巨大。全球光伏制造業正以每年－to％的速度增長，⒛06年光伏電池產量達到2 600兆瓦。2006年，中國的光伏產業規模超越美國，躍居世界第三，僅次於日本和德國。同年，中國光伏產業的領軍企業——無錫尚德太陽能電力有限公司的太陽能組件產能高居全球第一。隨着中國光伏公司的發展壯大和在海外的相繼上市，光伏產業更是煥發了巨大的吸引力。

然而我們仍然清楚地看到，在光伏產業高歌猛進的同時，由於光伏技術信息更新相對滯舌，國內光伏技術的專業人才嚴重缺乏．不少著名光伏企業不惜斥資高薪聘用海外專家和留學學者參與太陽能電池技術的研究和開發。為緩和光伏領域專業人才匱乏的局面，全面提高我國光伏太陽能技術人才的培養質量和教學水平，在澳大利亞新南威爾士大學光伏工程研究中心以及無錫尚德太陽能電力有限公司的共同支持下，召集國內外光伏領域的專家、學者以及從業人員共同編譯了這本《應用光伏學》教材。

本書英文版原著《Applied Photovoltaics》是由澳大利亞新南威爾士大學光伏工程研究中心開設的、電氣工程系和太陽能與可再生能源工程系同名專業課程「應用光伏學」所使用的標准教材，原著作者Martin Green教授（執行研究主任）、Stuart Wenham教授（研究中心主任）、Richard Corkish博士（光伏工程學院院長）和Muriel Watt博士均是新南威爾士大學光伏工程研究中心的資深專家和光伏太陽能業界權威。十余載以來，研究中心在Green教授與Wenham教授的領導下取得了極其輝煌的成就，在硅材料太陽能電池研究方面世界領先，是單結單晶硅太陽能電池效率的世界紀錄突破者和保持者。

對於高等院校師生以及光伏從業者而言，本書是一部優秀的教材與參考資料。全書共分12章，主要內容包括太陽輻射的特性，半導體與P－N結基礎，太陽能電池的原理、特性及設計，光伏電池的互聯與組件的裝配，獨立光伏系統組成與設計，光伏特殊應用，偏遠地區供電系統，並網光伏系統以及光伏水泵系統等。每一章之后都附有習題和參考文獻，全書末尾提供附錄和索引。本書譯本在忠實於原著的基礎上，力求深人淺出、邏輯清晰、理論嚴謹、敘述明確．便於讀者理解與掌握。

本書譯本的初稿由無錫尚德太陽能電力有限公司的施正榮博士（總經理）、張光春、李糹楊健、於佳、陸紅艷、劉皎彥、呂紹傑與梅曉東等提供。

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