太陽能發(fā)電技術與應用

前言

人類當前使用的能源主要來自煤炭、石油等多年儲藏在地下的石化能源，按照目前的開發(fā)力度，幾十年或許一百多年后，地球所儲存的這些能源就將枯竭。因此，節(jié)約能源和開發(fā)可再生能源已經(jīng)成為當務之急。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，太陽能和風能則是取之不盡、用之不竭的，只要宇宙中太陽系存在，就是如此。太陽能的應用主要有兩種形式：一是把太陽能轉換為熱能，二是把太陽能轉換為電能。前者包括人們所熟悉和廣泛應用的太陽能熱水器，后者稱為太陽能光伏發(fā)電技術（簡稱PV技術）。發(fā)達國家如美國、德國、日本等，由于相對重視，研發(fā)經(jīng)費充足，半個世紀以來太陽能電池的成本已由每瓦1500美元降至每瓦幾美元，應用的領域也從航天、國防、工業(yè)轉向民用。太陽能光伏發(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。我國的能源政策也一貫重視新能源開發(fā)，歷來都把信息、新材料、新能源及生物工程作為科研開發(fā)的方向和四大支柱產(chǎn)業(yè)。近年來，太陽能發(fā)電技術發(fā)展較快，國內(nèi)已出現(xiàn)了多個1MW以上的太陽能發(fā)電裝置，太陽能電池的生產(chǎn)量已進入了國際先進行列。特別是薄膜型非晶硅太陽能電池，產(chǎn)量突飛猛進，太陽能光伏建筑一體化成為新的亮點。國家的能源政策，對光伏發(fā)電的發(fā)展來說是一種機遇?，F(xiàn)在，“新能源”、“節(jié)能減排”已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的重要方向，為光伏發(fā)電的發(fā)展增添了活力。本書以太陽能光伏發(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，相信對我國的城市規(guī)劃有一定的借鑒意義。其次，突出太陽能裝置制作實例。共選例12個，其中3項針對大、中學生業(yè)余科技活動，9項為家庭中小型太陽能、風力發(fā)電站（從50～3 500W）裝置制作，從系統(tǒng)電路結構、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)計都有詳細介紹。最后，介紹了太空超級太陽能發(fā)電站的研究進展。本書由馮垛生教授主編，編寫分工如下：宋金蓮參與編寫第1章，王贊參與編寫第2章，張亞婉參與編寫第3章，趙海波參與編寫第4章，張淼、林珊編寫第5章，張淼、趙慧編寫第6章（其中6.1和6.11節(jié)由馮垛生編寫），第7、8章由馮垛生編寫，關友誼、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

　　《太陽能發(fā)電技術與應用》主要介紹太陽能發(fā)電的技術和應用，全書內(nèi)容分為8章，前4章敘述太陽能光伏發(fā)電的基礎知識，如光伏發(fā)電原理、太陽能電池的原理與分類，并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)發(fā)電，同時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、超級電容器的類型，并舉實例講述光伏電池串并聯(lián)數(shù)和蓄電池安時數(shù)的計算，可供讀者設計時參考。第5章講解系統(tǒng)的控制方法，介紹了最大功率點跟蹤控制的幾種方案，可供科研工作者選題時參考。第6章介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用，主要涉及太陽能PV空調(diào)器和太陽能電動車兩種典型應用，并給出電路圖、計算機控制軟件和實驗數(shù)據(jù)曲線，內(nèi)容翔實。除此以外，還介紹了國內(nèi)外典型建筑物應用PV技術的概況。第7章為太陽能發(fā)電裝置制作實例，通過這些實例，對全民進行環(huán)保節(jié)能的教育。第8章介紹太空超級太陽能發(fā)電站研究進展。　　《太陽能發(fā)電技術與應用》讀者對象為新能源、電力電子專業(yè)技術人員或相關專業(yè)的師生。

書籍目錄

第1章 太陽能發(fā)電概述 11.1 太陽能電池和太陽能發(fā)電 11.1.1 太陽能 11.1.2 太陽能變?yōu)殡娔?11.1.3 利用太陽能進行分散型發(fā)電和供電 21.1.4 小結 21.2 太陽能發(fā)電發(fā)展史 31.2.1 太陽能電池開發(fā)史 31.2.2 產(chǎn)量和價格的變化 41.2.3 太陽能發(fā)電系統(tǒng)和太陽能電池的價格 51.3 太陽能發(fā)電和環(huán)保的關系 61.3.1 3E的概念 61.3.2 各種發(fā)電設備價格、性能的比較 61.4 太陽能發(fā)電的過去、現(xiàn)在和未來 81.5 國內(nèi)外太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢 161.5.1 美國光伏發(fā)電的“百萬屋頂計劃” 171.5.2 日本的“陽光計劃” 181.5.3 德國的“10萬屋頂發(fā)電計劃” 201.5.4 中國的“光明工程”計劃 201.5.5 我國港澳地區(qū)太陽能發(fā)電項目簡介 25第2章 太陽能電池的發(fā)電原理和特性 292.1 太陽光的性質(zhì) 292.1.1 評價太陽光性質(zhì)的物理量 292.1.2 直射光和散射光 302.1.3 太陽光強度與波長的關系 322.2 太陽能電池的發(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 太陽能電池光伏變換效率 382.2.4 太陽能電池的等值電路和伏安特性 402.3 太陽能電池特性的測量 422.3.1 太陽能電池組件 422.3.2 室外測量注意事項 422.3.3 帶負荷測量電壓、電流 422.3.4 四端測量法 43第3章 太陽能電池的種類及其特點 453.1 太陽能電池的分類 453.2 幾種常用太陽能電池的特點 463.3 建材一體型太陽能電池 49第4章 太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結構和設計 514.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)概述 514.1.1 太陽能電池陣列 524.1.2 系統(tǒng)設計原則 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 超級電容器 734.4.1 超級電容器的儲能原理 744.4.2 超級電容器國內(nèi)外發(fā)展動態(tài) 754.4.3 超級電容器的應用 764.5 光伏發(fā)電裝置工程設計舉例 784.5.1 蓄電池組容量設計 784.5.2 太陽能電池陣列設計 794.5.3 太陽能發(fā)電系統(tǒng) 80第5章 太陽能發(fā)電系統(tǒng)的控制 835.1 最大功率點跟蹤控制 835.1.1 最大功率點跟蹤控制的概念 835.1.2 MPPT控制的幾種不同算法 855.2 太陽能發(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 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用 1216.1 太陽能空調(diào)器的開發(fā) 1216.1.1 家用太陽能空調(diào)器系統(tǒng)的開發(fā)背景 1216.1.2 太陽能空調(diào)器系統(tǒng)的構成 1236.1.3 實際應用效果 1316.2 與單相民用電網(wǎng)并聯(lián)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應用實例 1326.2.1 系統(tǒng)結構 1326.2.2 系統(tǒng)控制原理 1336.3 模擬太陽能電池伏安特性的直流電源裝置 1366.3.1 太陽能電池的特性 1376.3.2 模擬電源裝置的電路結構 1386.3.3 太陽能電池的動特性 1396.3.4 模擬電源裝置的動特性 1416.4 雙方向太陽能空調(diào)器試驗系統(tǒng) 1436.4.1 雙方向太陽能空調(diào)系統(tǒng)的結構和技術規(guī)格 1436.4.2 太陽光伏系統(tǒng)中的逆變器 1456.4.3 系統(tǒng)的逆變器控制 1456.4.4 連接實際負載(空調(diào)器)并與交流電網(wǎng)(220V，50Hz)并網(wǎng)試驗 1466.5 太陽能電動車 1536.5.1 太陽能電動車的發(fā)展概況 1536.5.2 蓄電池充放電控制技術 1556.5.3 系統(tǒng)總體設計 1636.5.4 實驗結果及分析 1736.6 民用型綠色電源——太陽能數(shù)碼設備移動充電器 1786.6.1 移動電源特點 1796.6.2 應用舉例 1796.7 深圳國際園林花卉博覽園1MW并網(wǎng)太陽能光伏電站簡介 1806.8 20kW光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介 1816.9 2.5kW住戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)(BIPV)簡介 1826.10 國外城市新能源建設規(guī)劃和國內(nèi)外節(jié)能型PV建筑集錦 1846.11 我國扶持太陽能發(fā)電發(fā)展的一些設想 193第7章 太陽能發(fā)電裝置制作實例 1957.1 利用雨水和太陽光進行循環(huán)式的植物栽培和魚類養(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 超級電容器在太陽能發(fā)電燈具中的應用 1977.2.1 小型超級電容器應用范圍 1977.2.2 電路和元件選用 1987.3 太陽自動追隨裝置 1987.3.1 太陽能電池板傾角的調(diào)節(jié) 1987.3.2 控制電路和元件選用 1997.3.3 制作工藝 2017.4 防止蓄電池過放電的自動斷電裝置 2077.4.1 電路和制作 2087.4.2 繼電器動作電壓的調(diào)整 2117.5 蓄電池電量不足的自動浮充電路 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表 2187.6.3 制作工藝 2197.6.4 運行中存在的問題 2217.7 太陽能發(fā)電、風力發(fā)電與市電電網(wǎng)聯(lián)合供電的試驗裝置 2227.7.1 太陽能電池和風力發(fā)電的混合式發(fā)電 2227.7.2 實現(xiàn)三方聯(lián)合供電的夢想 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能電站 2277.8.1 建電站的設想 2277.8.2 系統(tǒng)結構圖 2277.9 從獨立型太陽能發(fā)電系統(tǒng)到系統(tǒng)(市電)聯(lián)系型 2287.9.1 從“云霄一號”到“云霄三號” 2287.9.2 云霄三號的系統(tǒng)結構和元件明細表 2297.9.3 節(jié)電、發(fā)電、賣電統(tǒng)計清單 2307.10 不用逆變器的全直流供電太陽能發(fā)電系統(tǒng)試作——從50W發(fā)展到1 000W 2327.10.1 和太陽能電池的初接觸 2327.10.2 增大太陽能電池容量的二期工程 2327.10.3 全直流供電的系統(tǒng)結構圖和元件明細表 2327.10.4 運行情況和節(jié)電效果 2337.11 國外某家庭自裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)(獨立型)節(jié)電效果統(tǒng)計 2337.11.1 系統(tǒng)概況 2337.11.2 運行情況和節(jié)電效果 2347.12 國外某家庭自裝太陽能發(fā)電(系統(tǒng)聯(lián)系型)、買電和賣電的統(tǒng)計(國外實例) 2357.12.1 實例之一 2357.12.2 實例之二 237第8章 利用微波傳輸太空超級太陽能發(fā)電站的電功率 2398.1 微波輸電計劃 2398.1.1 SSPS計劃概述 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 結論 2468.2 最新進展 2468.2.1 美國私營太陽能公司介入太空太陽能電站，宣稱“七年內(nèi)為地球人供電” 2468.2.2 日本也瞄準太空太陽能市場 247附表 249參考文獻 263

章節(jié)摘錄

插圖：第1章太陽能發(fā)電概述1.1 太陽能電池和太陽能發(fā)電1.1.1 太陽能太陽能的熱能利用和光能利用是其兩個最重要的應用領域，之所以特別引人注目，是由太陽能的特殊性所決定的。太陽能具有如下優(yōu)點：①儲量巨大；②不會枯竭；③清潔能源；④不受地域限制。到達地球的太陽能，在大氣圈外的太陽光強度為1.3 8kW／m2，其中有30％向宇宙反射，其余的70％可到達地球。太陽的壽命據(jù)推算達幾十億年，所以太陽能可稱為無窮大能源。由于太陽距地球約1.5 ×108km，故有害的放射能不會對地球產(chǎn)生影響。此外，太陽能不會產(chǎn)生CO2等有害物質(zhì)，不會引起地球溫暖化，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，而太陽臺肇不存在地域差別，是一種無所不在的能源。在這方面它和計算機的互聯(lián)網(wǎng)有些相似。太陽能的缺點是能量密度低、容易受氣象條件的影響，不具備蓄電功能等。因此，對于大容量的太陽能發(fā)電裝置，需要附加儲能設備，例如蓄電池組，或把本陽能發(fā)電系統(tǒng)和交流電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進行能量互補。此外，太陽能發(fā)電本身雖然沒有對環(huán)境造成污染，但太陽能電池、電力電子變換裝置的制造過程仍會產(chǎn)生環(huán)境污染，這在綜合考慮發(fā)電效益時也應計及。

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《太陽能發(fā)電技術與應用》是由人民郵電出版社出版的。

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