太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用

前言

人類當(dāng)前使用的能源主要來(lái)自煤炭、石油等多年儲(chǔ)藏在地下的石化能源，按照目前的開(kāi)發(fā)力度，幾十年或許一百多年后，地球所儲(chǔ)存的這些能源就將枯竭。因此，節(jié)約能源和開(kāi)發(fā)可再生能源已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。在可再生能源中，水能已經(jīng)得到了廣泛的利用，但水能資源終究是有限的；相反，太陽(yáng)能和風(fēng)能則是取之不盡、用之不竭的，只要宇宙中太陽(yáng)系存在，就是如此。太陽(yáng)能的應(yīng)用主要有兩種形式：一是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，二是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。前者包括人們所熟悉和廣泛應(yīng)用的太陽(yáng)能熱水器，后者稱為太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)（簡(jiǎn)稱PV技術(shù)）。發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)、日本等，由于相對(duì)重視，研發(fā)經(jīng)費(fèi)充足，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)太陽(yáng)能電池的成本已由每瓦1500美元降至每瓦幾美元，應(yīng)用的領(lǐng)域也從航天、國(guó)防、工業(yè)轉(zhuǎn)向民用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種清潔能源，其意義是不僅可以部分代替石化燃料發(fā)電，而且可以減少CO2和有害氣體的排放，防止地球環(huán)境惡化。我國(guó)的能源政策也一貫重視新能源開(kāi)發(fā)，歷來(lái)都把信息、新材料、新能源及生物工程作為科研開(kāi)發(fā)的方向和四大支柱產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展較快，國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)了多個(gè)1MW以上的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)量已進(jìn)入了國(guó)際先進(jìn)行列。特別是薄膜型非晶硅太陽(yáng)能電池，產(chǎn)量突飛猛進(jìn)，太陽(yáng)能光伏建筑一體化成為新的亮點(diǎn)。國(guó)家的能源政策，對(duì)光伏發(fā)電的發(fā)展來(lái)說(shuō)是一種機(jī)遇。現(xiàn)在，“新能源”、“節(jié)能減排”已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方向，為光伏發(fā)電的發(fā)展增添了活力。本書(shū)以太陽(yáng)能光伏發(fā)電為主題。首先是突出“節(jié)能減排”新概念，在第6章中介紹了日本一個(gè)中型城市福島縣巖木市的十年（1999～2010年）“新能源、節(jié)能減排”規(guī)劃，相信對(duì)我國(guó)的城市規(guī)劃有一定的借鑒意義。其次，突出太陽(yáng)能裝置制作實(shí)例。共選例12個(gè)，其中3項(xiàng)針對(duì)大、中學(xué)生業(yè)余科技活動(dòng)，9項(xiàng)為家庭中小型太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電站（從50～3 500W）裝置制作，從系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)、元件選擇、工藝制作（含印制電路板和鈑金工）直到節(jié)電效果統(tǒng)計(jì)都有詳細(xì)介紹。最后，介紹了太空超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站的研究進(jìn)展。本書(shū)由馮垛生教授主編，編寫(xiě)分工如下：宋金蓮參與編寫(xiě)第1章，王贊參與編寫(xiě)第2章，張亞婉參與編寫(xiě)第3章，趙海波參與編寫(xiě)第4章，張淼、林珊編寫(xiě)第5章，張淼、趙慧編寫(xiě)第6章（其中6.1和6.11節(jié)由馮垛生編寫(xiě)），第7、8章由馮垛生編寫(xiě)，關(guān)友誼、許海珠在文字的錄入和繪圖方面做了大量工作，在此一并表示感謝。

內(nèi)容概要

　　《太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用》主要介紹太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)和應(yīng)用，全書(shū)內(nèi)容分為8章，前4章敘述太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)知識(shí)，如光伏發(fā)電原理、太陽(yáng)能電池的原理與分類，并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)發(fā)電，同時(shí)還介紹了重要部件光伏電池模塊、控制器（特殊變頻器）和蓄電池、超級(jí)電容器的類型，并舉實(shí)例講述光伏電池串并聯(lián)數(shù)和蓄電池安時(shí)數(shù)的計(jì)算，可供讀者設(shè)計(jì)時(shí)參考。第5章講解系統(tǒng)的控制方法，介紹了最大功率點(diǎn)跟蹤控制的幾種方案，可供科研工作者選題時(shí)參考。第6章介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，主要涉及太陽(yáng)能PV空調(diào)器和太陽(yáng)能電動(dòng)車兩種典型應(yīng)用，并給出電路圖、計(jì)算機(jī)控制軟件和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，內(nèi)容翔實(shí)。除此以外，還介紹了國(guó)內(nèi)外典型建筑物應(yīng)用PV技術(shù)的概況。第7章為太陽(yáng)能發(fā)電裝置制作實(shí)例，通過(guò)這些實(shí)例，對(duì)全民進(jìn)行環(huán)保節(jié)能的教育。第8章介紹太空超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站研究進(jìn)展。　　《太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用》讀者對(duì)象為新能源、電力電子專業(yè)技術(shù)人員或相關(guān)專業(yè)的師生。

書(shū)籍目錄

第1章 太陽(yáng)能發(fā)電概述 11.1 太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能發(fā)電 11.1.1 太陽(yáng)能 11.1.2 太陽(yáng)能變?yōu)殡娔?11.1.3 利用太陽(yáng)能進(jìn)行分散型發(fā)電和供電 21.1.4 小結(jié) 21.2 太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展史 31.2.1 太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)史 31.2.2 產(chǎn)量和價(jià)格的變化 41.2.3 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池的價(jià)格 51.3 太陽(yáng)能發(fā)電和環(huán)保的關(guān)系 61.3.1 3E的概念 61.3.2 各種發(fā)電設(shè)備價(jià)格、性能的比較 61.4 太陽(yáng)能發(fā)電的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái) 81.5 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢(shì) 161.5.1 美國(guó)光伏發(fā)電的“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃” 171.5.2 日本的“陽(yáng)光計(jì)劃” 181.5.3 德國(guó)的“10萬(wàn)屋頂發(fā)電計(jì)劃” 201.5.4 中國(guó)的“光明工程”計(jì)劃 201.5.5 我國(guó)港澳地區(qū)太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目簡(jiǎn)介 25第2章 太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理和特性 292.1 太陽(yáng)光的性質(zhì) 292.1.1 評(píng)價(jià)太陽(yáng)光性質(zhì)的物理量 292.1.2 直射光和散射光 302.1.3 太陽(yáng)光強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系 322.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理和變換效率 332.2.1 光電變換 332.2.2 二極管和光伏器件 342.2.3 太陽(yáng)能電池光伏變換效率 382.2.4 太陽(yáng)能電池的等值電路和伏安特性 402.3 太陽(yáng)能電池特性的測(cè)量 422.3.1 太陽(yáng)能電池組件 422.3.2 室外測(cè)量注意事項(xiàng) 422.3.3 帶負(fù)荷測(cè)量電壓、電流 422.3.4 四端測(cè)量法 43第3章 太陽(yáng)能電池的種類及其特點(diǎn) 453.1 太陽(yáng)能電池的分類 453.2 幾種常用太陽(yáng)能電池的特點(diǎn) 463.3 建材一體型太陽(yáng)能電池 49第4章 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 514.1 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)概述 514.1.1 太陽(yáng)能電池陣列 524.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 544.2 功率控制器 574.2.1 功率控制器的組成 574.2.2 功率控制器電路舉例 594.3 蓄電池 724.4 超級(jí)電容器 734.4.1 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理 744.4.2 超級(jí)電容器國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) 754.4.3 超級(jí)電容器的應(yīng)用 764.5 光伏發(fā)電裝置工程設(shè)計(jì)舉例 784.5.1 蓄電池組容量設(shè)計(jì) 784.5.2 太陽(yáng)能電池陣列設(shè)計(jì) 794.5.3 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng) 80第5章 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的控制 835.1 最大功率點(diǎn)跟蹤控制 835.1.1 最大功率點(diǎn)跟蹤控制的概念 835.1.2 MPPT控制的幾種不同算法 855.2 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與交流電網(wǎng)系統(tǒng)并聯(lián)的控制 1135.2.1 不帶耦合變壓器方案 1135.2.2 帶耦合(隔離)變壓器方案 117第6章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用 1216.1 太陽(yáng)能空調(diào)器的開(kāi)發(fā) 1216.1.1 家用太陽(yáng)能空調(diào)器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)背景 1216.1.2 太陽(yáng)能空調(diào)器系統(tǒng)的構(gòu)成 1236.1.3 實(shí)際應(yīng)用效果 1316.2 與單相民用電網(wǎng)并聯(lián)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 1326.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1326.2.2 系統(tǒng)控制原理 1336.3 模擬太陽(yáng)能電池伏安特性的直流電源裝置 1366.3.1 太陽(yáng)能電池的特性 1376.3.2 模擬電源裝置的電路結(jié)構(gòu) 1386.3.3 太陽(yáng)能電池的動(dòng)特性 1396.3.4 模擬電源裝置的動(dòng)特性 1416.4 雙方向太陽(yáng)能空調(diào)器試驗(yàn)系統(tǒng) 1436.4.1 雙方向太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)格 1436.4.2 太陽(yáng)光伏系統(tǒng)中的逆變器 1456.4.3 系統(tǒng)的逆變器控制 1456.4.4 連接實(shí)際負(fù)載(空調(diào)器)并與交流電網(wǎng)(220V，50Hz)并網(wǎng)試驗(yàn) 1466.5 太陽(yáng)能電動(dòng)車 1536.5.1 太陽(yáng)能電動(dòng)車的發(fā)展概況 1536.5.2 蓄電池充放電控制技術(shù) 1556.5.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 1636.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 1736.6 民用型綠色電源——太陽(yáng)能數(shù)碼設(shè)備移動(dòng)充電器 1786.6.1 移動(dòng)電源特點(diǎn) 1796.6.2 應(yīng)用舉例 1796.7 深圳國(guó)際園林花卉博覽園1MW并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站簡(jiǎn)介 1806.8 20kW光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1816.9 2.5kW住戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)(BIPV)簡(jiǎn)介 1826.10 國(guó)外城市新能源建設(shè)規(guī)劃和國(guó)內(nèi)外節(jié)能型PV建筑集錦 1846.11 我國(guó)扶持太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展的一些設(shè)想 193第7章 太陽(yáng)能發(fā)電裝置制作實(shí)例 1957.1 利用雨水和太陽(yáng)光進(jìn)行循環(huán)式的植物栽培和魚(yú)類養(yǎng)殖 1957.1.1 循環(huán)栽培、養(yǎng)殖系統(tǒng) 1957.1.2 循環(huán)型、環(huán)保型養(yǎng)殖栽培的設(shè)想 1967.1.3 能量循環(huán)式水栽系統(tǒng)部件清單 1977.1.4 效果和展望 1977.2 超級(jí)電容器在太陽(yáng)能發(fā)電燈具中的應(yīng)用 1977.2.1 小型超級(jí)電容器應(yīng)用范圍 1977.2.2 電路和元件選用 1987.3 太陽(yáng)自動(dòng)追隨裝置 1987.3.1 太陽(yáng)能電池板傾角的調(diào)節(jié) 1987.3.2 控制電路和元件選用 1997.3.3 制作工藝 2017.4 防止蓄電池過(guò)放電的自動(dòng)斷電裝置 2077.4.1 電路和制作 2087.4.2 繼電器動(dòng)作電壓的調(diào)整 2117.5 蓄電池電量不足的自動(dòng)浮充電路 2117.5.1 電路工作原理 2127.5.2 制作和總裝配 2167.6 60W逆變器(DC/AC)的制作 2187.6.1 交流和直流波形的類別 2187.6.2 電路原理圖和元件明細(xì)表 2187.6.3 制作工藝 2197.6.4 運(yùn)行中存在的問(wèn)題 2217.7 太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電與市電電網(wǎng)聯(lián)合供電的試驗(yàn)裝置 2227.7.1 太陽(yáng)能電池和風(fēng)力發(fā)電的混合式發(fā)電 2227.7.2 實(shí)現(xiàn)三方聯(lián)合供電的夢(mèng)想 2237.7.3 和孩子們一起獲取大自然賜予的綠色能源 2257.8 在郊外別墅房自建微型太陽(yáng)能電站 2277.8.1 建電站的設(shè)想 2277.8.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2277.9 從獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)到系統(tǒng)(市電)聯(lián)系型 2287.9.1 從“云霄一號(hào)”到“云霄三號(hào)” 2287.9.2 云霄三號(hào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和元件明細(xì)表 2297.9.3 節(jié)電、發(fā)電、賣電統(tǒng)計(jì)清單 2307.10 不用逆變器的全直流供電太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)試作——從50W發(fā)展到1 000W 2327.10.1 和太陽(yáng)能電池的初接觸 2327.10.2 增大太陽(yáng)能電池容量的二期工程 2327.10.3 全直流供電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和元件明細(xì)表 2327.10.4 運(yùn)行情況和節(jié)電效果 2337.11 國(guó)外某家庭自裝太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)(獨(dú)立型)節(jié)電效果統(tǒng)計(jì) 2337.11.1 系統(tǒng)概況 2337.11.2 運(yùn)行情況和節(jié)電效果 2347.12 國(guó)外某家庭自裝太陽(yáng)能發(fā)電(系統(tǒng)聯(lián)系型)、買(mǎi)電和賣電的統(tǒng)計(jì)(國(guó)外實(shí)例) 2357.12.1 實(shí)例之一 2357.12.2 實(shí)例之二 237第8章 利用微波傳輸太空超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站的電功率 2398.1 微波輸電計(jì)劃 2398.1.1 SSPS計(jì)劃概述 2398.1.2 送電(發(fā)射)系統(tǒng)概述 2418.1.3 傳輸損耗 2438.1.4 接收系統(tǒng) 2438.1.5 結(jié)論 2468.2 最新進(jìn)展 2468.2.1 美國(guó)私營(yíng)太陽(yáng)能公司介入太空太陽(yáng)能電站，宣稱“七年內(nèi)為地球人供電” 2468.2.2 日本也瞄準(zhǔn)太空太陽(yáng)能市場(chǎng) 247附表 249參考文獻(xiàn) 263

章節(jié)摘錄

插圖：第1章太陽(yáng)能發(fā)電概述1.1 太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能發(fā)電1.1.1 太陽(yáng)能太陽(yáng)能的熱能利用和光能利用是其兩個(gè)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，之所以特別引人注目，是由太陽(yáng)能的特殊性所決定的。太陽(yáng)能具有如下優(yōu)點(diǎn)：①儲(chǔ)量巨大；②不會(huì)枯竭；③清潔能源；④不受地域限制。到達(dá)地球的太陽(yáng)能，在大氣圈外的太陽(yáng)光強(qiáng)度為1.3 8kW／m2，其中有30％向宇宙反射，其余的70％可到達(dá)地球。太陽(yáng)的壽命據(jù)推算達(dá)幾十億年，所以太陽(yáng)能可稱為無(wú)窮大能源。由于太陽(yáng)距地球約1.5 ×108km，故有害的放射能不會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生影響。此外，太陽(yáng)能不會(huì)產(chǎn)生CO2等有害物質(zhì)，不會(huì)引起地球溫暖化，是一種清潔能源?；鹆Πl(fā)電或原子能發(fā)電所需的燃料常受到地域限制，而太陽(yáng)臺(tái)肇不存在地域差別，是一種無(wú)所不在的能源。在這方面它和計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)有些相似。太陽(yáng)能的缺點(diǎn)是能量密度低、容易受氣象條件的影響，不具備蓄電功能等。因此，對(duì)于大容量的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，需要附加儲(chǔ)能設(shè)備，例如蓄電池組，或把本陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和交流電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行能量互補(bǔ)。此外，太陽(yáng)能發(fā)電本身雖然沒(méi)有對(duì)環(huán)境造成污染，但太陽(yáng)能電池、電力電子變換裝置的制造過(guò)程仍會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，這在綜合考慮發(fā)電效益時(shí)也應(yīng)計(jì)及。

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《太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用》是由人民郵電出版社出版的。

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