光伏技術(shù)與工程手冊(cè)（原書第2版）

主編介紹

譯者的話

原書序言

第 1 章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的成就和挑戰(zhàn) 1

1 1 總述 1

1 2 什么是光伏 3

1 2 1 光伏組件和發(fā)電功率 6

1 2 2 收集太陽(yáng)光: 傾斜、 方位、 跟蹤和遮擋 7

1 2 3 光伏組件和系統(tǒng)的成本預(yù)測(cè) 8

1 3 光伏的今天 9

1 3 1 光伏的歷史 9

1 3 2 今天的光伏圖 9

1 3 3 國(guó)家政策的關(guān)鍵作用 11

1 3 4 平價(jià)上網(wǎng): 光伏的終極目標(biāo) 12

1 4 巨大的挑戰(zhàn) 15

1 4 1 需要多少土地 18

1 4 2 原材料的可用性 19

1 4 3 光伏發(fā)電是否是清潔綠色技術(shù) 20

1 4 4 能量回收 21

1 4 5 可靠性 21

1 4 6 調(diào)度能力: 提供能源需求 22

1 5 技術(shù)趨勢(shì) 23

1 5 1 晶體硅的進(jìn)展和挑戰(zhàn) 24

1 5 2 薄膜技術(shù)的進(jìn)步和挑戰(zhàn) 26

1 5 3 聚光光伏的進(jìn)展和挑戰(zhàn) 29

1 5 4 第三代太陽(yáng)電池的概念 30

1 6 結(jié)論 31

參考文獻(xiàn) 31

第 2 章 過去、 現(xiàn)在和未來光伏產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)過程中政策的作用 34

2 1 引言 34

2 1 1 能源工業(yè)的氣候變化 34

2 1 2 光伏市場(chǎng) 36

2 2 選定國(guó)家的政策回顧 38

2 2 1 美國(guó)政策綜述 38

2 2 2 歐洲 45

Ⅶ

2 2 3 亞洲 47

2 3 政策對(duì)光伏市場(chǎng)發(fā)展的影響 50

2 4 未來光伏市場(chǎng)增長(zhǎng)情況 51

2 4 1 擴(kuò)散曲線 51

2 4 2 經(jīng)驗(yàn)曲線 52

2 4 3 不同的政策方案之下; 光伏發(fā)電在美國(guó)的擴(kuò)散 55

2 5 走向可持續(xù)發(fā)展的未來 65

參考文獻(xiàn) 65

第 3 章 太陽(yáng)電池物理 72

3 1 引言 72

3 2 半導(dǎo)體的基本性質(zhì) 74

3 2 1 晶體結(jié)構(gòu) 74

3 2 2 能帶結(jié)構(gòu) 74

3 2 3 導(dǎo)帶和價(jià)帶態(tài)密度 76

3 2 4 平衡載流子濃度 76

3 2 5 光吸收 78

3 2 6 復(fù)合 81

3 2 7 載流子輸運(yùn) 84

3 2 8 半導(dǎo)體方程 87

3 2 9 少子擴(kuò)散方程 87

3 2 10 pn 結(jié)二極管的靜電特性 88

3 2 11 總結(jié) 90

3 3 太陽(yáng)電池基本原理 91

3 3 1 太陽(yáng)電池邊界條件 91

3 3 2 產(chǎn)生率 92

3 3 3 少子擴(kuò)散方程的解 92

3 3 4 終端特性 93

3 3 5 太陽(yáng)電池 I￣ V 特性 95

3 3 6 太陽(yáng)電池的效率 97

3 3 7 壽命和表面復(fù)合的影響 99

3 4 附加主題 101

3 4 1 光譜響應(yīng) 101

3 4 2 寄生電阻效應(yīng) 102

3 4 3 溫度效應(yīng) 104

3 4 4 聚光太陽(yáng)電池 106

3 4 5 高注入 106

3 4 6 p￣ i￣ n 太陽(yáng)電池和電壓依賴收集 107

3 4 7 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池 108

3 4 8 詳細(xì)的數(shù)值模擬 109

Ⅷ 光伏技術(shù)與工程手冊(cè) (原書第 2 版)

3 5 總結(jié) 109

參考文獻(xiàn) 110

第 4 章 光電轉(zhuǎn)換的理論極限和新一代太陽(yáng)電池 111

4 1 引言 111

4 2 熱力學(xué)背景 112

4 2 1 基本關(guān)系 112

4 2 2 熱力學(xué)的兩個(gè)定律 113

4 2 3 局域熵增量 113

4 2 4 積分概念 114

4 2 5 輻射的熱力學(xué)方程 114

4 2 6 電子的熱力學(xué)方程

......

本書是一本全面論述太陽(yáng)能光伏發(fā)電所有涉及領(lǐng)域的技術(shù)論著。書中由淺人深地論述了太陽(yáng)能光伏發(fā)電各個(gè)方面的基本原理與實(shí)際工程技術(shù)內(nèi)容。另外，書中還全面地論述了各種技術(shù)的全新進(jìn)展,并給出了大量的參考文獻(xiàn)，如果讀者想繼續(xù)深人地探討相關(guān)技術(shù)，可以很方便地從書中及參考文獻(xiàn)中找到所需要的知識(shí)。

本書基本上可以分成幾個(gè)大的方面:光伏基本理論，包括光伏技術(shù)的熱力學(xué)理論極限和pn結(jié)理論，還包括全新的有關(guān)第三代太陽(yáng)電池的理論基礎(chǔ);硅材料的制備和硅片加工;各種太陽(yáng)電池技術(shù),包括晶體硅太陽(yáng)電池、硅薄膜太陽(yáng)電池、II- V族太陽(yáng)電池、CdTe 薄膜太陽(yáng)電池、CIGS 薄膜太陽(yáng)電池、染料敏化太陽(yáng)電池等;各種光伏系統(tǒng)及應(yīng)用技術(shù);光伏測(cè)試技術(shù);光伏系統(tǒng)的平衡部件的原理和技術(shù)，包括蓄電池、逆變器與控制器;從天文學(xué)和地理學(xué)的角度論述太陽(yáng)輻射能量的理論;光伏技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的歷史及現(xiàn)狀等。

與原書第1版相比，在所有章節(jié)的內(nèi)容上都有大量的更新，諸如新的先進(jìn)技術(shù)、新的電池效率、制造業(yè)現(xiàn)狀、安裝的數(shù)據(jù)等，而且還增加了薄膜光伏中透明導(dǎo)電氧化物、第三代有機(jī)聚合物器件等全新內(nèi)容,在論述光伏建筑的內(nèi)容時(shí)也增加了很多新的案例?？偟膩砜?，本書仍舊是目前國(guó)際上十分全面的論述光伏產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)的著作，涵蓋了光伏技術(shù)、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)的各個(gè)方面的內(nèi)容，并且有大量的論文索引，相信可以為國(guó)內(nèi)光伏工程領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員和研發(fā)人員、高校太陽(yáng)電池研究團(tuán)隊(duì)，以及證券投資公司、環(huán)保部門的政策研究人員提供全面的參考。

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譯者序

原書第2版前言

原書第1版序言

原書第1版前言

原書致謝

第1章變壓器基本原理1

1.1概述1

1.2變壓器的應(yīng)用和分類4

1.3變壓器原理和等效電路8

1.4標(biāo)幺制16

1.5空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)17

1.6電壓調(diào)整率和變壓器的效率20

1.7變壓器的并聯(lián)運(yùn)行26

參考文獻(xiàn)27

第2章磁特性28

2.1鐵心構(gòu)造29

2.2磁滯損耗、渦流損耗和雜散損耗33

2.3勵(lì)磁特性36

2.4過勵(lì)磁性能37

2.5空載損耗試驗(yàn)38

2.6制造過程的影響44

2.7涌流45

2.8空載諧波對(duì)鐵心和繞組的影響53

2.9變壓器噪聲54

2.10旋轉(zhuǎn)損耗57

參考文獻(xiàn)58

第3章阻抗特性63

3.1電抗計(jì)算63

3.2電抗計(jì)算的不同方法69

3.3電抗計(jì)算的解析法71

3.4電抗計(jì)算的數(shù)值法73

3.5三繞組變壓器的阻抗特性78

3.6曲折形聯(lián)結(jié)變壓器的阻抗計(jì)算82

3.7零序電抗87

3.8穩(wěn)定繞組96

參考文獻(xiàn)98

第4章渦流和繞組雜散損耗100

4.1場(chǎng)方程式100

4.2坡印廷矢量104

4.3渦流損耗和磁滯損耗107

4.4飽和效應(yīng)110

4.5變壓器繞組中的渦流損耗111

4.6變壓器繞組中的環(huán)流損耗121

參考文獻(xiàn)129

第5章結(jié)構(gòu)部件中的雜散損耗132

5.1雜散損耗的影響因素133

5.2雜散損耗估算方法概述141

5.3鐵心接縫損耗143

5.4夾件中的雜散損耗144

5.5拉板中的雜散損耗145

5.6油箱中的雜散損耗149

5.7套管安裝板中的雜散損耗154

5.8大電流引起的雜散損耗155

5.9雜散損耗的控制措施160

5.10經(jīng)驗(yàn)值法166

5.11過勵(lì)磁時(shí)雜散損耗估算168

5.12負(fù)載損耗測(cè)量169

參考文獻(xiàn)173

第6章短路應(yīng)力與強(qiáng)度181

6.1短路電流181

6.2短路時(shí)的熱容量187

6.3短路力187

6.4短路時(shí)的動(dòng)態(tài)特性193

6.5輻向力引起故障的模式197

6.6軸向力引起故障的模式202

6.7相互作用力（軸向和輻向組合）引起的故障模式207

6.8預(yù)壓緊力的影響208

6.9短路試驗(yàn)209

6.10涌流的影響210

6.11分裂變壓器的短路210

6.12提高承受短路能力的措施211

6.13平行導(dǎo)體間的電磁力計(jì)算214

6.14壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)216

參考文獻(xiàn)217

第7章變壓器沖擊電壓分布222

7.1起始電壓分布222

7.2對(duì)地電容225

7.3繞組的電容226

7.4電感計(jì)算237

7.5駐波和行波238

7.6沖擊分布的解析法241

7.7用狀態(tài)變量法計(jì)算沖擊電壓分布243

7.8降低繞組內(nèi)部過電壓的設(shè)計(jì)250

參考文獻(xiàn)255

第8章絕緣設(shè)計(jì)260

8.1簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算261

8.2電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算263

8.3影響絕緣強(qiáng)度的因素265

8.4試驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)絕緣水平（DIL）276

8.5繞組間的絕緣278

8.6繞組內(nèi)部絕緣279

8.7端部絕緣設(shè)計(jì)281

8.8高壓引線間隙284

8.9優(yōu)化和提高質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析286

參考文獻(xiàn)287

第9章冷卻系統(tǒng)292

9.1熱量傳遞方式292

9.2冷卻方式294

9.3鐵心的散熱298

9.4繞組的散熱299

9.5老化與預(yù)期壽命301

9.6直接測(cè)量熱點(diǎn)305

ⅩⅦ9.7靜電帶電現(xiàn)象306

9.8計(jì)算的近期趨勢(shì)307

參考文獻(xiàn)308

第10章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)311

10.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性311

10.2荷載與強(qiáng)度試驗(yàn)311

10.3變壓器油箱分類313

10.4油箱設(shè)計(jì)315

10.5分析方法317

10.6變壓器油箱過壓力現(xiàn)象320

10.7抗震分析321

10.8變壓器噪聲的特性與降低323

10.9運(yùn)輸因素與振動(dòng)327

參考文獻(xiàn)328

第11章特種變壓器330

11.1整流變壓器330

11.2高壓直流用換流變壓器335

11.3電爐變壓器340

11.4移相變壓器344

參考文獻(xiàn)347

第12章變壓器電磁場(chǎng)理論與計(jì)算350

12.1概述351

12.2變壓器工程電磁場(chǎng)基礎(chǔ)354

12.3位方程374

12.4有限元法384

12.5FEM方程394

12.6變壓器的耦合場(chǎng)401

12.7性能參數(shù)計(jì)算413

參考文獻(xiàn)422

第13章變壓器與系統(tǒng)之間的相互作用和建模427

13.1變壓器電力潮流分析427

13.2諧波分析435

13.3鐵磁諧振438

13.4電弧爐應(yīng)用440

13.5地磁干擾442

ⅩⅧ13.6和應(yīng)涌流現(xiàn)象442

13.7系統(tǒng)瞬變引起的內(nèi)部諧振443

13.8特快速瞬態(tài)過電壓444

13.9配電變壓器的瞬變現(xiàn)象445

13.10變壓器的低頻、中頻和高頻模型445

參考文獻(xiàn)454

第14章變壓器的監(jiān)測(cè)與診斷458

14.1常規(guī)試驗(yàn)459

14.2溶解氣體分析461

14.3局部放電診斷462

14.4聚合度與呋喃分析469

14.5時(shí)域介質(zhì)響應(yīng)法469

14.6頻域介質(zhì)響應(yīng)法478

14.7繞組變形測(cè)量482

14.8附件490

14.9其他診斷測(cè)試491

14.10壽命評(píng)估與改進(jìn)493

參考文獻(xiàn)493

第15章變壓器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)499

15.1磁路499

15.2繞組500

15.3新型絕緣液體501

15.4優(yōu)化計(jì)算502

15.5可再生能源用變壓器503

15.6電力電子在變壓器中的應(yīng)用504

15.7其他技術(shù)506

15.8監(jiān)測(cè)和診斷趨勢(shì)507

參考文獻(xiàn)508

附錄511

附錄A設(shè)計(jì)示例511

附錄B聯(lián)結(jié)組526

附錄C故障電流計(jì)算528

附錄D電場(chǎng)強(qiáng)度和電容計(jì)算公式533

作為有抱負(fù)的工程師，需要學(xué)習(xí)很多知識(shí)，包括本領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)以及工程的基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)，要具備終身學(xué)習(xí)的能力來掌握領(lǐng)域的最新發(fā)展。在這個(gè)過程中，工程思維和工程相關(guān)的設(shè)計(jì)能力是工程師的核心能力。本書是一本適合所有工程專業(yè)背景的讀者的工程入門書，以工程思維和能力的培養(yǎng)為核心，介紹了工程師應(yīng)具備的各種能力，助力讀者走上工程師之路。

本書特色

以工程思維和工程設(shè)計(jì)為主線，從各工程學(xué)科及主要專業(yè)領(lǐng)域的介紹開始，逐步深入地介紹工程師的技能、工程和設(shè)計(jì)的概念、常用的工程工具、項(xiàng)目管理、用戶體驗(yàn)、工程師的人際交往等內(nèi)容，幫助讀者盡快融入工程師的角色。

作為全美靜電協(xié)會(huì)前主席，本書作者有扎實(shí)的工程項(xiàng)目基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)工程思維的脈絡(luò)在他的筆下被剖析得細(xì)致入微，各種類型的工程案例及分析使全書內(nèi)容飽滿、引人入勝，并引發(fā)讀者的思考。

突出強(qiáng)調(diào)工程中的關(guān)鍵理念、常用工作方法和良好的工作習(xí)慣，并通過一系列實(shí)例和練習(xí)培養(yǎng)提升讀者的工程素養(yǎng)，將工程思維的培養(yǎng)融入工作的方方面面。