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本書(shū)的宗旨是在全面介紹光伏發(fā)電基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，著重于光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。第2版出版4年多來(lái)，無(wú)論是光伏技術(shù)還是光伏產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了長(zhǎng)足發(fā)展，現(xiàn)在光伏發(fā)電成本在一些地區(qū)已經(jīng)可以和常規(guī)發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。為了反映當(dāng)前光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)展，本書(shū)在第2版的基礎(chǔ)上，吐故納新，比較全面地講述了光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)等全過(guò)程，介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用新領(lǐng)域的發(fā)展情況，增添了太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的內(nèi)容，闡述了新型控制器和逆變器的功能及原理，增加了鈣鈦礦太陽(yáng)電池等方面的內(nèi)容，各章后面帶有參考文獻(xiàn)和練習(xí)題。

作者簡(jiǎn)介

楊金煥，中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)（原中國(guó)太陽(yáng)能學(xué)會(huì)）理事、光伏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員。原任上海市太陽(yáng)能學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)；中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)、中國(guó)電工學(xué)會(huì)新能源發(fā)電專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員等。主持完成了國(guó)家“六五”科研攻關(guān)項(xiàng)目“六百瓦光電水泵的研制”；國(guó)家“七五”科研攻關(guān)項(xiàng)目“千瓦級(jí)光電水泵的研制”等。主持完成了上海市科委重大科研攻關(guān)項(xiàng)目“5KW級(jí)光伏電站及其并網(wǎng)技術(shù)”、國(guó)家發(fā)改委/GEF/世界銀行 中國(guó)可再生能源項(xiàng)目：“中國(guó)不同傾斜面上太陽(yáng)能輻射資料庫(kù)的創(chuàng)建設(shè)”、“戶外分段斷路器光伏電源系統(tǒng)”等，此外還完成了多項(xiàng)省部級(jí)科研項(xiàng)目，以及其它一些科研項(xiàng)目。

目錄

目　　錄
第1章　緒論 （1）
1．1　開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的重要意義 （1）
1．1．1　化石燃料面臨逐漸枯竭的危機(jī)局面 （1）
1．1．2　保護(hù)生態(tài)環(huán)境逐漸受到人們的重視 （4）
1．1．3　常規(guī)電網(wǎng)的局限性 （8）
1．2　太陽(yáng)能發(fā)電的特點(diǎn) （9）
1．2．1　太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn) （9）
1．2．2　太陽(yáng)能發(fā)電的缺點(diǎn) （10）
1．2．3　太陽(yáng)能發(fā)電的類(lèi)型 （10）
1．3　近年來(lái)世界光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r （11）
1．3．1　太陽(yáng)電池生產(chǎn) （11）
1．3．2　光伏應(yīng)用市場(chǎng) （13）
1．4　中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 （15）
1．5　部分國(guó)家和國(guó)際組織發(fā)展光伏發(fā)電的規(guī)劃和展望 （16）
1．5．1　日本 （16）
1．5．2　歐盟 （17）
1．5．3　國(guó)際光伏技術(shù)路線圖（ITRPV）指導(dǎo)委員會(huì) （19）
1．5．4　美國(guó) （19）
1．5．5　中國(guó) （20）
1．5．6　國(guó)際能源署（IEA） （21）
練習(xí)題 （24）
第2章　太陽(yáng)輻射 （25）
2．1　太陽(yáng)概況 （25）
2．2　日地運(yùn)動(dòng) （27）
2．2．1　地球概況 （27）
2．2．2　真太陽(yáng)時(shí) （27）
2．2．3　日出和日落規(guī)律 （29）
2．3　天球坐標(biāo) （29）
2．3．1　赤道坐標(biāo)系 （30）
2．3．2　地平坐標(biāo)系 （31）
2．3．3　太陽(yáng)角的計(jì)算 （32）
2．4　跟蹤平面的角度 （35）
2．5　太陽(yáng)輻射量 （37）
2．5．1　大氣層外的太陽(yáng)輻射 （37）
2．5．2　到達(dá)地表的太陽(yáng)輻照度 （40）
2．5．3　地表傾斜面上的小時(shí)太陽(yáng)輻照量 （44）
2．5．4　地表傾斜面上的月平均太陽(yáng)輻照量 （47）
練習(xí)題 （52）
第3章　晶體硅太陽(yáng)電池的基本原理 （53）
3．1　太陽(yáng)電池的分類(lèi) （53）
3．1．1　按照基體材料分類(lèi) （53）
3．1．2　按照電池結(jié)構(gòu)分類(lèi) （55）
3．1．3　按用途分類(lèi) （55）
3．2　太陽(yáng)電池的工作原理 （56）
3．2．1　半導(dǎo)體 （56）
3．2．2　能帶結(jié)構(gòu) （57）
3．2．3　本征半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體 （58）
3．2．4　N型和P型半導(dǎo)體 （59）
3．2．5　P-N結(jié) （60）
3．2．6　光生伏特效應(yīng) （61）
3．2．7　太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換原理 （62）
3．2．8　晶體硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu) （63）
3．3　太陽(yáng)電池的電學(xué)特性 （64）
3．3．1　標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件 （64）
3．3．2　太陽(yáng)電池等效電路 （65）
3．3．3　太陽(yáng)電池的主要技術(shù)參數(shù) （66）
3．3．4　影響太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的因素 （72）
練習(xí)題 （76）
第4章　薄膜太陽(yáng)電池 （77）
4．1　概述 （77）
4．2　非晶硅太陽(yáng)電池 （78）
4．2．1　非晶硅太陽(yáng)電池發(fā)展簡(jiǎn)史 （78）
4．2．2　非晶硅電池結(jié)構(gòu) （79）
4．2．3　非晶硅薄膜電池的制造 （85）
4．2．4　非晶硅薄膜電池的產(chǎn)業(yè)化情況 （85）
4．3　碲化鎘（CdTe）電池 （85）
4．3．1　CdTe材料與電池特點(diǎn) （86）
4．3．2　CdTe電池的結(jié)構(gòu) （86）
4．3．3　CdTe薄膜太陽(yáng)電池的制造 （87）
4．3．4　CdTe薄膜電池產(chǎn)業(yè)化情況 （89）
4．4　銅銦鎵硒太陽(yáng)電池 （90）
4．4．1　銅銦鎵硒太陽(yáng)電池的特點(diǎn) （90）
4．4．2　CIGS薄膜電池的結(jié)構(gòu) （91）
4．4．3　CIGS薄膜電池的制造 （91）
4．4．4　CIGS薄膜太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化情況 （94）
4．5　鈣鈦礦太陽(yáng)電池 （96）
4．6　染料敏化太陽(yáng)電池 （99）
4．7　有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)電池 （101）
4．8　薄膜太陽(yáng)電池市場(chǎng)及發(fā)展前景 （101）
練習(xí)題 （103）
第5章　聚光與跟蹤 （104）
5．1　聚光光伏發(fā)電 （104）
5．1．1　聚光光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn) （104）
5．1．2　聚光光伏部件 （105）
5．1．3　聚光光伏系統(tǒng) （113）
5．1．4　聚光光伏發(fā)電現(xiàn)狀 （118）
5．2　太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng) （119）
5．2．1　跟蹤器的分類(lèi) （119）
5．2．2　跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用 （123）
練習(xí)題 （126）
第6章 太陽(yáng)電池的制造 （127）
6．1 硅材料制備 （127）
6．1．1 金屬硅的制備 （127）
6．1．2 高純多晶硅的制備 （128）
6．2 晶硅生長(zhǎng)技術(shù) （132）
6．2．1 單晶硅生長(zhǎng)技術(shù) （132）
6．2．2 鑄造多晶法 （134）
6．2．3 鑄造單晶法 （137）
6．3 晶硅加工技術(shù) （138）
6．3．1 晶硅的切方 （138）
6．3．2 晶硅的切片 （139）
6．4 晶硅太陽(yáng)電池制造技術(shù) （139）
6．4．1 表面織構(gòu)化 （139）
6．4．2 擴(kuò)散制結(jié) （142）
6．4．3 邊緣隔離 （144）
6．4．4 去磷硅玻璃 （144）
6．4．5 沉積減反射膜 （144）
6．4．6 絲網(wǎng)印刷電極 （146）
6．4．7 高溫?zé)Y(jié) （146）
6．4．8 太陽(yáng)電池的I-V特性測(cè)試 （147）
6．5 太陽(yáng)電池組件的封裝 （148）
6．5．1 太陽(yáng)電池組件封裝材料 （149）
6．5．2 太陽(yáng)電池組件封裝工序 （150）
練習(xí)題 （153）
第7章 光伏發(fā)電系統(tǒng)部件 （155）
7．1 光伏方陣 （155）
7．2 二極管 （156）
7．3 儲(chǔ)能設(shè)備 （157）
7．3．1 主要儲(chǔ)能技術(shù) （157）
7．3．2 蓄電池 （162）
7．4 控制器 （168）
7．4．1 控制器的類(lèi)型 （169）
7．4．2 控制器的主要功能 （170）
7．4．3 控制器的主要技術(shù)指標(biāo) （171）
7．5 光伏并網(wǎng)逆變器 （172）
練習(xí)題 （179）
第8章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （180）
8．1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體目標(biāo) （180）
8．2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （181）
8．2．1 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì) （181）
8．2．2 并網(wǎng)光伏電站與電網(wǎng)的連接 （189）
8．2．3 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程 （194）
8．3 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) （197）
8．3．1 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)總體要求 （197）
8．3．2 技術(shù)條件 （197）
8．3．3 光伏方陣傾角的選擇 （200）
8．3．4 均衡性負(fù)載的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) （201）
8．3．5 季節(jié)性負(fù)載的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) （208）
8．3．6 特殊要求負(fù)載的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) （208）
8．4 光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) （209）
8．4．1 站區(qū)布置 （209）
8．4．2 配電房及電氣設(shè)計(jì) （213）
8．4．3 輔助設(shè)備的選配 （214）
8．5 其他設(shè)計(jì) （214）
練習(xí)題 （216）
第9章　光伏工程的施工、驗(yàn)收及維護(hù) （218）
9．1　光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝 （218）
9．1．1　系統(tǒng)安裝前的準(zhǔn)備 （218）
9．1．2　光伏方陣的安裝 （219）
9．1．3　控制器和逆變器等電氣設(shè)備的安裝 （221）
9．1．4　蓄電池組的安裝 （224）
9．2　光伏發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)試 （225）
9．2．1　調(diào)試前的準(zhǔn)備工作 （225）
9．2．2　光伏方陣調(diào)試 （225）
9．2．3　控制器調(diào)試 （226）
9．2．4　離網(wǎng)逆變器調(diào)試 （227）
9．2．5　并網(wǎng)逆變控制器的調(diào)試 （227）
9．3　光伏發(fā)電工程的驗(yàn)收 （231）
9．3．1　單位工程驗(yàn)收 （232）
9．3．2　工程啟動(dòng)驗(yàn)收 （232）
9．3．3　工程試運(yùn)和移交生產(chǎn)驗(yàn)收 （233）
9．3．4　工程竣工驗(yàn)收 （233）
9．4　光伏發(fā)電系統(tǒng)的維護(hù)及管理 （233）
9．4．1　日常維護(hù) （233）
9．4．2　定期檢查 （234）
練習(xí)題 （235）
第10章 光伏系統(tǒng)的應(yīng)用 （236）
10．1 光伏系統(tǒng)的分類(lèi) （236）
10．1．1 微型光伏系統(tǒng) （236）
10．1．2 離網(wǎng)戶用系統(tǒng) （238）
10．1．3 離網(wǎng)非戶用系統(tǒng) （239）
10．1．4 分布式并網(wǎng)系統(tǒng) （249）
10．1．5 集中式并網(wǎng)系統(tǒng) （259）
10．1．6 混合光伏系統(tǒng) （262）
10．2 空間光伏電站 （263）
練習(xí)題 （266）
第11章 光伏發(fā)電的效益分析 （267）
11．1 光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益 （267）
11．1．1 光伏發(fā)電成本 （267）
11．1．2 光伏發(fā)電成本的歷史及展望 （273）
11．2 光伏發(fā)電的能量?jī)斶€時(shí)間 （275）
11．2．1 能量?jī)斶€時(shí)間 （275）
11．2．2 國(guó)外情況分析綜述 （276）
11．2．3 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法 （281）
11．3 光伏發(fā)電減少CO2排放量 （284）
11．3．1 發(fā)電排放的溫室氣體 （284）
11．3．2 CO2排放因子 （285）
11．3．3 光伏減排CO2潛力 （287）
11．4 光伏發(fā)電其他效益 （289）
練習(xí)題 （293）

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前言/序言

前 言

面對(duì)全球環(huán)境污染日益嚴(yán)重和化石燃料逐漸枯竭的危機(jī)局面，減少溫室氣體的排放，大力發(fā)展可再生能源，在能源消費(fèi)領(lǐng)域走可持續(xù)發(fā)展道路，已經(jīng)成為全球的共識(shí)。2015年12月，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》近200個(gè)締約方，在巴黎氣候變化大會(huì)上一致同意通過(guò)的《巴黎協(xié)定》，已經(jīng)在2016年11月4日生效，這體現(xiàn)了世界各國(guó)共同的決心。

作為可再生能源重要組成部分的太陽(yáng)能光伏發(fā)電，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。太陽(yáng)電池的效率不斷刷新紀(jì)錄，新型太陽(yáng)電池陸續(xù)涌現(xiàn)，配套部件的質(zhì)量和性能持續(xù)提升，光伏組件產(chǎn)量屢創(chuàng)新高，價(jià)格大幅度下降，光伏應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，全球光伏發(fā)電系統(tǒng)累計(jì)安裝量2015年已經(jīng)達(dá)到228GW，同年光伏發(fā)電已經(jīng)占全球發(fā)電總量的1.2%。在不少地區(qū)光伏發(fā)電的價(jià)格已經(jīng)接近常規(guī)發(fā)電，可以預(yù)期，今后光伏發(fā)電在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的份額還將不斷提高，據(jù)有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)末將占主導(dǎo)地位。

近年來(lái)，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)市場(chǎng)占有率穩(wěn)居全球首位，已經(jīng)成為世界上重要的光伏大國(guó)，但無(wú)論是在制造還是應(yīng)用技術(shù)等方面，與先進(jìn)國(guó)家相比還有不少差距?？萍及l(fā)展日新月異，本書(shū)第2版問(wèn)世4年來(lái)，無(wú)論是光伏產(chǎn)業(yè)還是光伏技術(shù)都有了較快的發(fā)展，原書(shū)有些內(nèi)容已經(jīng)陳舊過(guò)時(shí)，為了與時(shí)俱進(jìn)，現(xiàn)進(jìn)行修改補(bǔ)充，出版第3版。

本書(shū)仍是在全面介紹光伏發(fā)電基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，著重于光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)，力求反映最新技術(shù)成果，如針對(duì)近年來(lái)光伏發(fā)電應(yīng)用的新動(dòng)向，增添了太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的內(nèi)容，闡述了新型控制器和逆變器的功能及原理，薄膜電池中增加了鈣鈦礦太陽(yáng)電池等內(nèi)容，比較全面地講述了光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)等全過(guò)程，對(duì)常用的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件并對(duì)其特點(diǎn)及適應(yīng)范圍進(jìn)行了說(shuō)明，還介紹了一些光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用新的領(lǐng)域發(fā)展情況。

本書(shū)由楊金煥修改了第2章、第10章和第11章，并負(fù)責(zé)全書(shū)統(tǒng)稿；袁曉修改了第1章、第3章和第6章，并協(xié)助全書(shū)統(tǒng)稿；季良俊進(jìn)行審核定稿，并負(fù)責(zé)將全書(shū)翻譯成英文；徐永邦修改了第8章和第9章；趙為修改了第7章；于化叢修改了第4章；王士濤修改了第5章；徐燕修改了全部練習(xí)題及圖稿。

在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中，得到了William A. Beckman、王斯成、王淑娟、董曉青、柳翠、顧華敏、陳祥、吳春秋、劉強(qiáng)、陳國(guó)良、張治等人的幫助，還有不少人對(duì)本書(shū)做出了多種形式的貢獻(xiàn)，無(wú)法一一列舉，謹(jǐn)在此一并表示感謝！

由于我們的學(xué)術(shù)水平和寫(xiě)作能力有限，錯(cuò)誤和疏漏在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編 者

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