本书以能源转型与新能源发展为背景，系统介绍了太阳能的转换原理与技术应用。全书共分8章，第1章为绪论，主要介绍能源概况以及太阳能概况，帮助读者从全局了解本书的核心内容；第2、3章主要为太阳能基础知识，包括太阳及日地关系、太阳辐射；第4、5章主要围绕太阳能的光电转换，介绍光伏理化基础及发电原理、光伏发电系统；第6~8章主要围绕太阳能的光热转换，介绍太阳能集热器、太阳能热发电原理与技术、太阳能中低温热利用技术。 本书既注重经典教学内容，又融入了新的科研成果、政策法规和思政元素，力求内容丰富、与时俱进。本书适合作为能源类专业本科教材，也可供研究生及能源领域科研人员参考。

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前言
第1章绪论1
1.1能源概况1
1.1.1能源的分类1
1.1.2能源与人类文明2
1.1.3能源与环境3
1.2太阳能概况5
1.2.1太阳能的特点及分布概况 5
1.2.2太阳能转换利用概述 6
本章小结 12
习题 12
第2章太阳及日地关系 13
2.1太阳概况 13
2.1.1太阳的整体结构 13
2.1.2太阳的内部结构 14
2.1.3太阳大气层 15
2.2地球坐标系与天球坐标系 19
2.2.1地球坐标系 19
2.2.2天球坐标系 20
2.2.3球面三角余弦定理与球面三角正弦
定理* 22
2.2.4时角坐标系与地平坐标系的转换 24
2.3日地关系 25
2.3.1地球公转与太阳赤纬角 25
2.3.2地球自转与太阳时角 27
2.3.3太阳高度角和太阳方位角 32
2.3.4日出与日落时的太阳时角、可照
时数与方位角 33
2.3.5正午时的太阳高度角与太阳
方位角 34
2.3.6太阳入射角 34
本章小结 36
习题 37
第3章太阳辐射 38
3.1光学基本定律 38
3.1.1费马原理 38
3.1.2光的传播 39
3.1.3光的反射 39
3.1.4光的折射 39
3.2太阳辐照度与测量 40
3.2.1太阳常数 40
3.2.2太阳光谱辐照度 40
3.2.3太阳辐射在地球大气中的衰减 41
3.2.4平面太阳辐照度的计算 43
3.2.5太阳辐照度的测量原理 44
3.2.6太阳辐照度的常用测量仪器 46
3.3透明或半透明体对太阳辐射的吸收、
反射和透射 48
3.3.1太阳直射辐射在透明或半透明界面
上的反射和折射 48
3.3.2太阳直射辐射对无吸收作用透明或
半透明介质的透射 49
3.3.3太阳直射辐射在有吸收作用透明或
半透明介质内的透射 51
3.3.4透明或半透明介质对太阳直射辐射
的透射、吸收和反射 51
3.3.5太阳散射辐射和地面反射辐射对透明
或半透明介质的透射53
3.3.6透明盖板-吸热体系统的透射率-吸
收率乘积54
3.4太阳能聚光设计原理56
3.4.1太阳圆面张角56
3.4.2折射式聚光与反射式聚光56
3.4.3几何聚光比与能量聚光比57
3.4.4圆锥曲线的光学性质57
3.4.5槽式抛物面聚光分析59
3.4.6旋转抛物面聚光分析62
3.4.7复合抛物面聚光器的设计与聚光
分析*62
本章小结 67
习题 68
第4章光伏理化基础及发电原理 69
4.1量子力学基础 70
4.1.1光的波粒二象性 70
4.1.2氢原子光谱及玻尔原子轨道模型 71
4.1.3微观粒子运动的规律 72
4.2能带理论 75
4.2.1电子的共有化运动与能带的形成 75
4.2.2硅晶体的能带结构 77
4.3本征半导体与杂质半导体 78
4.3.1本征半导体 78
4.3.2杂质半导体 79
4.4热平衡载流子 81
4.4.1状态密度 81
4.4.2费米-狄拉克分布函数和费米
能级 82
4.4.3导带中的电子浓度和价带中的空穴
浓度 83
4.4.4本征载流子浓度 84
4.4.5杂质半导体的载流子浓度 85
4.5非平衡载流子 86
4.5.1非平衡载流子的光注入 86
4.5.2准费米能级 87
4.5.3半导体的光吸收 88
4.5.4非平衡载流子的寿命 88
4.5.5非平衡载流子的复合 89
4.5.6载流子的输运92
4.6PN结95
4.6.1PN结的形成95
4.6.2PN结的能带及势垒高度96
4.6.3平衡PN结载流子的分布规律97
4.6.4理想PN结的电流-电压关系100
4.7光伏发电原理及光伏电池性能103
4.7.1光生伏特效应103
4.7.2光伏电池的伏安特性104
4.7.3光伏电池的效率106
4.7.4光伏电池的效率分析107
本章小结108
习题 108
第5章光伏发电系统110
5.1光伏发电系统的分类110
5.1.1离网光伏发电系统110
5.1.2并网光伏发电系统111
5.2光伏电池阵列112
5.2.1光伏电池组件的串联与并联112
5.2.2光伏电池组件的热斑效应与旁路
二极管113
5.2.3光伏电池阵列的防逆流（防反充）
二极管113
5.3储能设备114
5.3.1电池储能114
5.3.2抽水蓄能*117
5.3.3压缩空气储能*118
5.4光伏逆变器118
5.4.1电力电子技术及其器件简介118
5.4.2电压型逆变器原理简介121
5.4.3光伏逆变器的其他基本功能123
5.5光伏控制器125
5.5.1光伏控制器对蓄电池充放电的控制
原理125
5.5.2光伏电池阵列最大功率点跟踪控制
技术126
本章小结128
习题 129
第6章太阳能集热器130
6.1平板型太阳能集热器130
6.1.1平板型太阳能集热器的工作
原理130
6.1.2平板型太阳能集热器的结构与主要
部件130
6.1.3平板型太阳能集热器的能量平衡
方程132
6.1.4平板型太阳能集热器的效率140
6.2太阳能空气集热器141
6.2.1太阳能空气集热器的分类141
6.2.2太阳能空气集热器的热性能
分析142
6.2.3太阳能空气集热器的阻力计算144
6.3真空管太阳能集热器144
6.3.1全玻璃真空集热管的结构144
6.3.2全玻璃真空集热管的热性能
分析145
6.4槽式太阳能集热器148
6.4.1抛物面槽式聚光器148
6.4.2抛物面槽式吸热器149
6.4.3抛物面槽式聚光器的光学效率151
6.4.4抛物面槽式吸热器的效率151
本章小结155
习题 155
第7章太阳能热发电原理与技术156
7.1太阳能热发电系统的热功转换原理156
7.1.1水/蒸汽朗肯循环156
7.1.2有机朗肯循环158
7.1.3卡林那循环*158
7.1.4布雷顿循环160
7.1.5斯特林循环*161
7.2太阳能储热原理与技术163
7.2.1太阳能储热的意义163
7.2.2显热储热164
7.2.3潜热储热167
7.2.4可逆化学反应热存储170
7.3抛物面槽式太阳能热发电172
7.3.1系统概述172
7.3.2槽式太阳能集热场的能量损失176
7.3.3槽式太阳能集热场的集热场
效率178
7.3.4槽式太阳能发电系统的额定
发电功率178
7.4线性菲涅尔式太阳能热发电179
7.4.1系统概述179
7.4.2线性菲涅尔式聚光器设计179
7.5塔式太阳能热发电 183
7.5.1系统概述 183
7.5.2定日镜场的结构 185
7.5.3定日镜的跟踪规律 186
7.5.4定日镜场的光学效率 187
7.5.5定日镜场的布置 190
7.5.6吸热器的分类及热效率 192
7.6非聚光式太阳能发电技术* 194
7.6.1太阳池热发电 194
7.6.2太阳能热气流发电 194
本章小结 196
习题 196
第8章太阳能中低温热利用技术 198
8.1太阳能热水系统 198
8.1.1太阳能热水系统的分类 199
8.1.2自然循环太阳能热水系统 199
8.1.3强制循环太阳能热水系统 201
8.1.4直流式太阳能热水系统 203
8.2太阳能热水系统设计 204
8.2.1太阳能热水系统和太阳能集热器
的选型 204
8.2.2太阳能集热系统关键参数的
确定 205
8.3太阳能制冷 208
8.3.1压缩空气制冷循环和压缩蒸气制冷
循环 208
8.3.2太阳能吸收式制冷循环 210
8.3.3太阳能吸附式制冷循环 212
8.3.4太阳能气流引射式制冷循环 214
8.4太阳能干燥 215
8.4.1干燥介质的性质 215
8.4.2湿物料的性质 216
8.4.3湿物料的干燥过程 219
8.4.4太阳能干燥装置的热平衡关系 220
8.4.5干燥系统的集热面积 220
8.5太阳能海水淡化 220
8.5.1太阳能海水淡化及其分类 220
8.5.2太阳能蒸馏法海水淡化 221
8.5.3太阳能加湿除湿海水淡化 223
本章小结 224
习题 224
附录 225
附录A常见物理量常数表 225
附录B常见半导体材料的物理性质 225
附录C主要符号表 226
附录D部分计算程序 232
参考文献 234