太阳能光伏发电应用技术（第3版）
目 录
第1章 绪论 （1）
1．1 开发利用太阳能的重要意义 （1）
1．1．1 化石燃料面临逐渐枯竭的危机局面 （1）
1．1．2 保护生态环境逐渐受到人们的重视 （4）
1．1．3 常规电网的局限性 （8）
1．2 太阳能发电的特点 （9）
1．2．1 太阳能发电的优点 （9）
1．2．2 太阳能发电的缺点 （10）
1．2．3 太阳能发电的类型 （10）
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第1章 绪论 （1）
1．1 开发利用太阳能的重要意义 （1）
1．1．1 化石燃料面临逐渐枯竭的危机局面 （1）
1．1．2 保护生态环境逐渐受到人们的重视 （4）
1．1．3 常规电网的局限性 （8）
1．2 太阳能发电的特点 （9）
1．2．1 太阳能发电的优点 （9）
1．2．2 太阳能发电的缺点 （10）
1．2．3 太阳能发电的类型 （10）
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杨金焕，中国可再生能源学会（原中国太阳能学会）理事、光伏专业委员会委员。原任上海市太阳能学会副秘书长；中国动力工程学会、中国电工学会新能源发电专业委员会委员等。主持完成了国家“六五”科研攻关项目“六百瓦光电水泵的研制”；国家“七五”科研攻关项目“千瓦级光电水泵的研制”等。主持完成了上海市科委重大科研攻关项目“5KW级光伏电站及其并网技术”、国家发改委/GEF/世界银行 中国可再生能源项目：“中国不同倾斜面上太阳能辐射资料库的创建设”、“户外分段断路器光伏电源系统”等，此外还完成了多项省部级科研项目，以及其它一些科研项目。
本书的宗旨是在全面介绍光伏发电基本知识的基础上，着重于光伏发电系统的应用技术。第2版出版4年多来，无论是光伏技术还是光伏产业和应用都有了长足发展，现在光伏发电成本在一些地区已经可以和常规发电竞争。为了反映当前光伏发电应用技术的进展，本书在第2版的基础上，吐故纳新，比较全面地讲述了光伏发电系统的设计、制造、安装、维护等全过程，介绍了光伏发电系统应用新领域的发展情况，增添了太阳跟踪系统的内容，阐述了新型控制器和逆变器的功能及原理，增加了钙钛矿太阳电池等方面的内容，各章后面带有参考文献和练习题。
目 录
第1章 绪论 （1）
1．1 开发利用太阳能的重要意义 （1）
1．1．1 化石燃料面临逐渐枯竭的危机局面 （1）
1．1．2 保护生态环境逐渐受到人们的重视 （4）
1．1．3 常规电网的局限性 （8）
1．2 太阳能发电的特点 （9）
1．2．1 太阳能发电的优点 （9）
1．2．2 太阳能发电的缺点 （10）
1．2．3 太阳能发电的类型 （10）
1．3 近年来世界光伏产业的发展状况 （11）
1．3．1 太阳电池生产 （11）
1．3．2 光伏应用市场 （13）
1．4 中国光伏产业的发展 （15）
1．5 部分国家和国际组织发展光伏发电的规划和展望 （16）
1．5．1 日本 （16）
1．5．2 欧盟 （17）
1．5．3 国际光伏技术路线图（ITRPV）指导委员会 （19）
1．5．4 美国 （19）
1．5．5 中国 （20）
1．5．6 国际能源署（IEA） （21）
练习题 （24）
第2章 太阳辐射 （25）
2．1 太阳概况 （25）
2．2 日地运动 （27）
2．2．1 地球概况 （27）
2．2．2 真太阳时 （27）
2．2．3 日出和日落规律 （29）
2．3 天球坐标 （29）
2．3．1 赤道坐标系 （30）
2．3．2 地平坐标系 （31）
2．3．3 太阳角的计算 （32）
2．4 跟踪平面的角度 （35）
2．5 太阳辐射量 （37）
2．5．1 大气层外的太阳辐射 （37）
2．5．2 到达地表的太阳辐照度 （40）
2．5．3 地表倾斜面上的小时太阳辐照量 （44）
2．5．4 地表倾斜面上的月平均太阳辐照量 （47）
练习题 （52）
第3章 晶体硅太阳电池的基本原理 （53）
3．1 太阳电池的分类 （53）
3．1．1 按照基体材料分类 （53）
3．1．2 按照电池结构分类 （55）
3．1．3 按用途分类 （55）
3．2 太阳电池的工作原理 （56）
3．2．1 半导体 （56）
3．2．2 能带结构 （57）
3．2．3 本征半导体、掺杂半导体 （58）
3．2．4 N型和P型半导体 （59）
3．2．5 P-N结 （60）
3．2．6 光生伏特效应 （61）
3．2．7 太阳电池光电转换原理 （62）
3．2．8 晶体硅太阳电池的结构 （63）
3．3 太阳电池的电学特性 （64）
3．3．1 标准测试条件 （64）
3．3．2 太阳电池等效电路 （65）
3．3．3 太阳电池的主要技术参数 （66）
3．3．4 影响太阳电池转换效率的因素 （72）
练习题 （76）
第4章 薄膜太阳电池 （77）
4．1 概述 （77）
4．2 非晶硅太阳电池 （78）
4．2．1 非晶硅太阳电池发展简史 （78）
4．2．2 非晶硅电池结构 （79）
4．2．3 非晶硅薄膜电池的制造 （85）
4．2．4 非晶硅薄膜电池的产业化情况 （85）
4．3 碲化镉（CdTe）电池 （85）
4．3．1 CdTe材料与电池特点 （86）
4．3．2 CdTe电池的结构 （86）
4．3．3 CdTe薄膜太阳电池的制造 （87）
4．3．4 CdTe薄膜电池产业化情况 （89）
4．4 铜铟镓硒太阳电池 （90）
4．4．1 铜铟镓硒太阳电池的特点 （90）
4．4．2 CIGS薄膜电池的结构 （91）
4．4．3 CIGS薄膜电池的制造 （91）
4．4．4 CIGS薄膜太阳电池产业化情况 （94）
4．5 钙钛矿太阳电池 （96）
4．6 染料敏化太阳电池 （99）
4．7 有机半导体太阳电池 （101）
4．8 薄膜太阳电池市场及发展前景 （101）
练习题 （103）
第5章 聚光与跟踪 （104）
5．1 聚光光伏发电 （104）
5．1．1 聚光光伏发电的优缺点 （104）
5．1．2 聚光光伏部件 （105）
5．1．3 聚光光伏系统 （113）
5．1．4 聚光光伏发电现状 （118）
5．2 太阳能跟踪系统 （119）
5．2．1 跟踪器的分类 （119）
5．2．2 跟踪系统的应用 （123）
练习题 （126）
第6章 太阳电池的制造 （127）
6．1 硅材料制备 （127）
6．1．1 金属硅的制备 （127）
6．1．2 高纯多晶硅的制备 （128）
6．2 晶硅生长技术 （132）
6．2．1 单晶硅生长技术 （132）
6．2．2 铸造多晶法 （134）
6．2．3 铸造单晶法 （137）
6．3 晶硅加工技术 （138）
6．3．1 晶硅的切方 （138）
6．3．2 晶硅的切片 （139）
6．4 晶硅太阳电池制造技术 （139）
6．4．1 表面织构化 （139）
6．4．2 扩散制结 （142）
6．4．3 边缘隔离 （144）
6．4．4 去磷硅玻璃 （144）
6．4．5 沉积减反射膜 （144）
6．4．6 丝网印刷电极 （146）
6．4．7 高温烧结 （146）
6．4．8 太阳电池的I-V特性测试 （147）
6．5 太阳电池组件的封装 （148）
6．5．1 太阳电池组件封装材料 （149）
6．5．2 太阳电池组件封装工序 （150）
练习题 （153）
第7章 光伏发电系统部件 （155）
7．1 光伏方阵 （155）
7．2 二极管 （156）
7．3 储能设备 （157）
7．3．1 主要储能技术 （157）
7．3．2 蓄电池 （162）
7．4 控制器 （168）
7．4．1 控制器的类型 （169）
7．4．2 控制器的主要功能 （170）
7．4．3 控制器的主要技术指标 （171）
7．5 光伏并网逆变器 （172）
练习题 （179）
第8章 光伏发电系统的设计 （180）
8．1 光伏发电系统的总体目标 （180）
8．2 并网光伏发电系统的设计 （181）
8．2．1 并网光伏发电系统的容量设计 （181）
8．2．2 并网光伏电站与电网的连接 （189）
8．2．3 并网光伏发电系统设计的基本流程 （194）
8．3 离网光伏发电系统设计 （197）
8．3．1 离网光伏发电系统优化设计总体要求 （197）
8．3．2 技术条件 （197）
8．3．3 光伏方阵倾角的选择 （200）
8．3．4 均衡性负载的光伏发电系统设计 （201）
8．3．5 季节性负载的光伏发电系统设计 （208）
8．3．6 特殊要求负载的光伏发电系统设计 （208）
8．4 光伏发电系统的硬件设计 （209）
8．4．1 站区布置 （209）
8．4．2 配电房及电气设计 （213）
8．4．3 辅助设备的选配 （214）
8．5 其他设计 （214）
练习题 （216）
第9章 光伏工程的施工、验收及维护 （218）
9．1 光伏发电系统的安装 （218）
9．1．1 系统安装前的准备 （218）
9．1．2 光伏方阵的安装 （219）
9．1．3 控制器和逆变器等电气设备的安装 （221）
9．1．4 蓄电池组的安装 （224）
9．2 光伏发电系统的调试 （225）
9．2．1 调试前的准备工作 （225）
9．2．2 光伏方阵调试 （225）
9．2．3 控制器调试 （226）
9．2．4 离网逆变器调试 （227）
9．2．5 并网逆变控制器的调试 （227）
9．3 光伏发电工程的验收 （231）
9．3．1 单位工程验收 （232）
9．3．2 工程启动验收 （232）
9．3．3 工程试运和移交生产验收 （233）
9．3．4 工程竣工验收 （233）
9．4 光伏发电系统的维护及管理 （233）
9．4．1 日常维护 （233）
9．4．2 定期检查 （234）
练习题 （235）
第10章 光伏系统的应用 （236）
10．1 光伏系统的分类 （236）
10．1．1 微型光伏系统 （236）
10．1．2 离网户用系统 （238）
10．1．3 离网非户用系统 （239）
10．1．4 分布式并网系统 （249）
10．1．5 集中式并网系统 （259）
10．1．6 混合光伏系统 （262）
10．2 空间光伏电站 （263）
练习题 （266）
第11章 光伏发电的效益分析 （267）
11．1 光伏发电的经济效益 （267）
11．1．1 光伏发电成本 （267）
11．1．2 光伏发电成本的历史及展望 （273）
11．2 光伏发电的能量偿还时间 （275）
11．2．1 能量偿还时间 （275）
11．2．2 国外情况分析综述 （276）
11．2．3 相关参数的计算方法 （281）
11．3 光伏发电减少CO2排放量 （284）
11．3．1 发电排放的温室气体 （284）
11．3．2 CO2排放因子 （285）
11．3．3 光伏减排CO2潜力 （287）
11．4 光伏发电其他效益 （289）
练习题 （293）
^ 收 起
第1章 绪论 （1）
1．1 开发利用太阳能的重要意义 （1）
1．1．1 化石燃料面临逐渐枯竭的危机局面 （1）
1．1．2 保护生态环境逐渐受到人们的重视 （4）
1．1．3 常规电网的局限性 （8）
1．2 太阳能发电的特点 （9）
1．2．1 太阳能发电的优点 （9）
1．2．2 太阳能发电的缺点 （10）
1．2．3 太阳能发电的类型 （10）
1．3 近年来世界光伏产业的发展状况 （11）
1．3．1 太阳电池生产 （11）
1．3．2 光伏应用市场 （13）
1．4 中国光伏产业的发展 （15）
1．5 部分国家和国际组织发展光伏发电的规划和展望 （16）
1．5．1 日本 （16）
1．5．2 欧盟 （17）
1．5．3 国际光伏技术路线图（ITRPV）指导委员会 （19）
1．5．4 美国 （19）
1．5．5 中国 （20）
1．5．6 国际能源署（IEA） （21）
练习题 （24）
第2章 太阳辐射 （25）
2．1 太阳概况 （25）
2．2 日地运动 （27）
2．2．1 地球概况 （27）
2．2．2 真太阳时 （27）
2．2．3 日出和日落规律 （29）
2．3 天球坐标 （29）
2．3．1 赤道坐标系 （30）
2．3．2 地平坐标系 （31）
2．3．3 太阳角的计算 （32）
2．4 跟踪平面的角度 （35）
2．5 太阳辐射量 （37）
2．5．1 大气层外的太阳辐射 （37）
2．5．2 到达地表的太阳辐照度 （40）
2．5．3 地表倾斜面上的小时太阳辐照量 （44）
2．5．4 地表倾斜面上的月平均太阳辐照量 （47）
练习题 （52）
第3章 晶体硅太阳电池的基本原理 （53）
3．1 太阳电池的分类 （53）
3．1．1 按照基体材料分类 （53）
3．1．2 按照电池结构分类 （55）
3．1．3 按用途分类 （55）
3．2 太阳电池的工作原理 （56）
3．2．1 半导体 （56）
3．2．2 能带结构 （57）
3．2．3 本征半导体、掺杂半导体 （58）
3．2．4 N型和P型半导体 （59）
3．2．5 P-N结 （60）
3．2．6 光生伏特效应 （61）
3．2．7 太阳电池光电转换原理 （62）
3．2．8 晶体硅太阳电池的结构 （63）
3．3 太阳电池的电学特性 （64）
3．3．1 标准测试条件 （64）
3．3．2 太阳电池等效电路 （65）
3．3．3 太阳电池的主要技术参数 （66）
3．3．4 影响太阳电池转换效率的因素 （72）
练习题 （76）
第4章 薄膜太阳电池 （77）
4．1 概述 （77）
4．2 非晶硅太阳电池 （78）
4．2．1 非晶硅太阳电池发展简史 （78）
4．2．2 非晶硅电池结构 （79）
4．2．3 非晶硅薄膜电池的制造 （85）
4．2．4 非晶硅薄膜电池的产业化情况 （85）
4．3 碲化镉（CdTe）电池 （85）
4．3．1 CdTe材料与电池特点 （86）
4．3．2 CdTe电池的结构 （86）
4．3．3 CdTe薄膜太阳电池的制造 （87）
4．3．4 CdTe薄膜电池产业化情况 （89）
4．4 铜铟镓硒太阳电池 （90）
4．4．1 铜铟镓硒太阳电池的特点 （90）
4．4．2 CIGS薄膜电池的结构 （91）
4．4．3 CIGS薄膜电池的制造 （91）
4．4．4 CIGS薄膜太阳电池产业化情况 （94）
4．5 钙钛矿太阳电池 （96）
4．6 染料敏化太阳电池 （99）
4．7 有机半导体太阳电池 （101）
4．8 薄膜太阳电池市场及发展前景 （101）
练习题 （103）
第5章 聚光与跟踪 （104）
5．1 聚光光伏发电 （104）
5．1．1 聚光光伏发电的优缺点 （104）
5．1．2 聚光光伏部件 （105）
5．1．3 聚光光伏系统 （113）
5．1．4 聚光光伏发电现状 （118）
5．2 太阳能跟踪系统 （119）
5．2．1 跟踪器的分类 （119）
5．2．2 跟踪系统的应用 （123）
练习题 （126）
第6章 太阳电池的制造 （127）
6．1 硅材料制备 （127）
6．1．1 金属硅的制备 （127）
6．1．2 高纯多晶硅的制备 （128）
6．2 晶硅生长技术 （132）
6．2．1 单晶硅生长技术 （132）
6．2．2 铸造多晶法 （134）
6．2．3 铸造单晶法 （137）
6．3 晶硅加工技术 （138）
6．3．1 晶硅的切方 （138）
6．3．2 晶硅的切片 （139）
6．4 晶硅太阳电池制造技术 （139）
6．4．1 表面织构化 （139）
6．4．2 扩散制结 （142）
6．4．3 边缘隔离 （144）
6．4．4 去磷硅玻璃 （144）
6．4．5 沉积减反射膜 （144）
6．4．6 丝网印刷电极 （146）
6．4．7 高温烧结 （146）
6．4．8 太阳电池的I-V特性测试 （147）
6．5 太阳电池组件的封装 （148）
6．5．1 太阳电池组件封装材料 （149）
6．5．2 太阳电池组件封装工序 （150）
练习题 （153）
第7章 光伏发电系统部件 （155）
7．1 光伏方阵 （155）
7．2 二极管 （156）
7．3 储能设备 （157）
7．3．1 主要储能技术 （157）
7．3．2 蓄电池 （162）
7．4 控制器 （168）
7．4．1 控制器的类型 （169）
7．4．2 控制器的主要功能 （170）
7．4．3 控制器的主要技术指标 （171）
7．5 光伏并网逆变器 （172）
练习题 （179）
第8章 光伏发电系统的设计 （180）
8．1 光伏发电系统的总体目标 （180）
8．2 并网光伏发电系统的设计 （181）
8．2．1 并网光伏发电系统的容量设计 （181）
8．2．2 并网光伏电站与电网的连接 （189）
8．2．3 并网光伏发电系统设计的基本流程 （194）
8．3 离网光伏发电系统设计 （197）
8．3．1 离网光伏发电系统优化设计总体要求 （197）
8．3．2 技术条件 （197）
8．3．3 光伏方阵倾角的选择 （200）
8．3．4 均衡性负载的光伏发电系统设计 （201）
8．3．5 季节性负载的光伏发电系统设计 （208）
8．3．6 特殊要求负载的光伏发电系统设计 （208）
8．4 光伏发电系统的硬件设计 （209）
8．4．1 站区布置 （209）
8．4．2 配电房及电气设计 （213）
8．4．3 辅助设备的选配 （214）
8．5 其他设计 （214）
练习题 （216）
第9章 光伏工程的施工、验收及维护 （218）
9．1 光伏发电系统的安装 （218）
9．1．1 系统安装前的准备 （218）
9．1．2 光伏方阵的安装 （219）
9．1．3 控制器和逆变器等电气设备的安装 （221）
9．1．4 蓄电池组的安装 （224）
9．2 光伏发电系统的调试 （225）
9．2．1 调试前的准备工作 （225）
9．2．2 光伏方阵调试 （225）
9．2．3 控制器调试 （226）
9．2．4 离网逆变器调试 （227）
9．2．5 并网逆变控制器的调试 （227）
9．3 光伏发电工程的验收 （231）
9．3．1 单位工程验收 （232）
9．3．2 工程启动验收 （232）
9．3．3 工程试运和移交生产验收 （233）
9．3．4 工程竣工验收 （233）
9．4 光伏发电系统的维护及管理 （233）
9．4．1 日常维护 （233）
9．4．2 定期检查 （234）
练习题 （235）
第10章 光伏系统的应用 （236）
10．1 光伏系统的分类 （236）
10．1．1 微型光伏系统 （236）
10．1．2 离网户用系统 （238）
10．1．3 离网非户用系统 （239）
10．1．4 分布式并网系统 （249）
10．1．5 集中式并网系统 （259）
10．1．6 混合光伏系统 （262）
10．2 空间光伏电站 （263）
练习题 （266）
第11章 光伏发电的效益分析 （267）
11．1 光伏发电的经济效益 （267）
11．1．1 光伏发电成本 （267）
11．1．2 光伏发电成本的历史及展望 （273）
11．2 光伏发电的能量偿还时间 （275）
11．2．1 能量偿还时间 （275）
11．2．2 国外情况分析综述 （276）
11．2．3 相关参数的计算方法 （281）
11．3 光伏发电减少CO2排放量 （284）
11．3．1 发电排放的温室气体 （284）
11．3．2 CO2排放因子 （285）
11．3．3 光伏减排CO2潜力 （287）
11．4 光伏发电其他效益 （289）
练习题 （293）
^ 收 起
杨金焕，中国可再生能源学会（原中国太阳能学会）理事、光伏专业委员会委员。原任上海市太阳能学会副秘书长；中国动力工程学会、中国电工学会新能源发电专业委员会委员等。主持完成了国家“六五”科研攻关项目“六百瓦光电水泵的研制”；国家“七五”科研攻关项目“千瓦级光电水泵的研制”等。主持完成了上海市科委重大科研攻关项目“5KW级光伏电站及其并网技术”、国家发改委/GEF/世界银行 中国可再生能源项目：“中国不同倾斜面上太阳能辐射资料库的创建设”、“户外分段断路器光伏电源系统”等，此外还完成了多项省部级科研项目，以及其它一些科研项目。
本书的宗旨是在全面介绍光伏发电基本知识的基础上，着重于光伏发电系统的应用技术。第2版出版4年多来，无论是光伏技术还是光伏产业和应用都有了长足发展，现在光伏发电成本在一些地区已经可以和常规发电竞争。为了反映当前光伏发电应用技术的进展，本书在第2版的基础上，吐故纳新，比较全面地讲述了光伏发电系统的设计、制造、安装、维护等全过程，介绍了光伏发电系统应用新领域的发展情况，增添了太阳跟踪系统的内容，阐述了新型控制器和逆变器的功能及原理，增加了钙钛矿太阳电池等方面的内容，各章后面带有参考文献和练习题。
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