太阳能物理

译者序

原书前言

第1章绪论

1．1太阳能

1．2走向后石油时代

1．3其他可再生能源

1．3．1水力发电

1．3．2风力发电

1．3．3生物质和生质能

1．3．4浅层地热能

1．3．5深层地热能

1．4太阳光伏基础

1．4．1现代太阳电池的诞生

1．4．2太阳电池的相关概念

1．4．3太阳电池的类型

1．4．4能量平衡

1．5物理范畴之外

1．5．1太阳能与经济

1．5．2太阳能与和平

1．5．3世界各地的太阳能热水器

1．5．4光伏：趋向电网平价

习题

第2章太阳辐射特性

2．1光作为电磁波

2．1．1麦克斯韦方程

2．1．2矢量势

2．1．3电磁波

2．1．4平面波

2．1．5光的偏振

2．1．6电子在电场和磁场中的运动

2．2光学薄膜

2．2．1相对电介质常数和折射率

2．2．2能量守恒和P0ynting矢量

2．2．3菲涅尔公式

2．3黑体辐射

2．3．1 Rayleigh-Jeans定律

2．3．2普朗克公式和斯特藩-玻尔兹曼定律

2．4光电效应和光子概念

2．4．1爱因斯坦的光子理论

2．4．2 Millikan的实验验证

2．4．3波粒二象性

2．5爱因斯坦的黑体方程推导

习题

第3章太阳能起源

3．1太阳的基本参数

3．1．1距离

3．1．2质量

3．1．3半径

3．1．4发射功率

3．1．5表面温度

3．1．6元素组成

3．2 Kelvin-Helmholtz时间尺度

3．3太阳能的来源

3．3．1 p-p链

3．3．2碳链

3．3．3太阳的内部结构

习题

第4章跟踪太阳光

4．1地球自转：纬度和经度

4．2天球

4．2．1坐标变换：直角坐标系

4．2．2坐标变换：球面三角法

4．3基于太阳时的处理

4．3．1黄赤交角和太阳赤纬

4．3．2日出时间与日落时间

4．3．3任意表面上的直接太阳辐射

4．3．4每日直接太阳辐射能量

4．3．5 24节气

4．4基于标准时的处理

4．4．1恒星时和太阳时

4．4．2太阳的赤经

4．4．3起源于黄赤交角的时差

4．4．4远日点和近日点

4．4．5起源于地球轨道离心率的时差

4．4．6时间方程

4．4．7太阳的赤纬

4．4．8太阳的日行迹

习题

第5章太阳光与地球的相互作用

5．1辐射与物质的相互作用

5．1．1吸收率、反射率和透射率

5．1．2发射率和基尔霍夫定律

5．1．3 Bouguer-Lambert-Beer定律

5．2太阳光与大气层的相互作用

5．2．1 AM1．5的日射光谱辐照度

5．2．2年均日照图

5．2．3晴朗指数

5．2．4直射和漫射太阳辐射

5．3渗透到地球的太阳能

习题

第6章太阳能热力学

6．1定义

6．2热力学第一定律

6．3热力学第二定律

6．3．1卡诺循环

6．3．2热力学温度

6．3．3熵

6．4热力学函数

6．4．1自由能

6．4．2焓

6．4．3吉布斯(Gibbs)自由能

6．4．4化学势

6．5理想气体

6．6地源热泵和空调

6．6．1原理

6．6．2性能系数

6．6．3蒸气压缩热泵和制冷机

6．6．4地热交换器

习题

第7章量子跃迁

7．1量子力学的基本概念

7．1．1量子态：能级和波函数

7．1．2动态变量和运动方程

7．1．3一维势阱

7．1．4氢原子

7．2多电子原子系统

7．2．1单电子近似

7．2．2量子态的直接观测

7．2．3分子的量子态：HOMO和LUMO

7．2．4纳米晶体的量子态

7．3黄金法则

7．3．1周期性扰动的时变微扰

7．3．2连续光谱的黄金法则

7．3．3细致平衡原理

7．4与光子的交互作用

习题

第8章pn结

8．1半导体

8．1．1导体、半导体和绝缘体

8．1．2电子和空穴

8．1．3 p型和n型半导体

8．2 pn结的形成

8．3 pn结分析

8．3．1偏置电压效应

8．3．2过剩少数载流子的寿命

8．3．3 pn结电流

8．3．4 Shockley方程

习题

第9章半导体太阳电池

9．1基本概念

9．1．1电能产生

9．1．2太阳电池方程

9．1．3最大功率和填充因子

9．2 Shockley-Queisser极限

9．2．1效率上限

9．2．2载流子复合时间的影响

9．2．3细致平衡处理

9．2．4额定效率

9．2．5shockley-Queisser效率极限

9．2．6 AM1．5辐射的效率极限

9．3无辐射复合过程

9．3．1俄歇复合

9．3．2陷阱态复合

9．3．3表面态复合

9．4抗反射涂层

9．4．1矩阵法

9．4．2单层抗反射涂层

9．4．3双层抗反射涂层

9．5晶体硅太阳电池

9．5．1纯硅的生产

9．5．2太阳电池设计和处理

9．5．3模块组装

9．6薄膜太阳电池

9．6．1 CdTe太阳电池

9．6．2 CIGS太阳电池

9．6．3非晶硅薄膜太阳电池

9．7叠层太阳电池

习题

第10章太阳能电化学

10．1光合作用的物理学

10．1．1叶绿素

10．1．2 ATP：生物界的通用储能单元

10．1．3 NADPH和NADP+

10．1．4卡尔文循环

lO．1．5 C4植物与C3植物

10．1．6叶绿体

10．1．7光合作用的效率

10．2人工光合作用

10．3转基因藻类

10．4染料敏化太阳电池

10．5双层有机太阳电池

习题

第11章太阳热能

11．1早期太阳热能应用

11．2太阳能集热器

11．2．1选择性吸收表面

11．2．2平板太阳能集热器

11．2．3全玻璃真空管太阳能集热器

11．2．4热管式太阳能集热器

11．2．5高压真空管太阳能集热器

11．3太阳能热水器

11．3．1具有热管式太阳能集热器的系统

11．3．2具有承压热交换器的系统

11．3．3具有独立热交换水箱的系统

11．4太阳热发电

11．4．1抛物面槽式聚光器

11．4．2定日镜和中央接收器

11．4．3抛物面碟状聚光器和Stirling发动机

11．4．4太阳能的组合集成

11．4．5线性菲涅尔反射聚光器

习题

第12章能量存储

12．1显热存储

12．1．1 水

12．1．2固体显热存储材料

12．1．3合成油与填充床

12．2相变存储

12．2．1水．冰系统

12．2．2石蜡和其他有机材料

12．2．3盐水合物

12．2．4 PCM封装

12．3蓄电池

12．3．1蓄电池的电化学

12．3．2铅酸蓄电池

12．3．3镍氢蓄电池

12．3．4锂电池

12．3．5锂的矿产资源

12．4太阳能和电动汽车

习题

第13章阳光建筑

13．1早期太阳能建筑

13．1．1古代太阳能建筑

13．1．2中国农村房屋的整体结构

13．2建筑材料

13．2．1热阻

13．2．2比热阻

13．2．3热导系数：U值

13．2．4热质

13．2．5玻璃窗

13．3整体设计举例

13．4太阳能社区的土地利用

习题

附录

附录A能量单位转换

附录B球面三角学

B．1球面三角形

B．2余弦公式

B．3正弦公式

B．4公式C

习题

附录C量子力学基础

C．1谐振子

C．2角动量

C．3氢原子

附录D粒子统计

D．1麦克斯韦一玻尔兹曼统计

D．2费米-狄拉克统计

附录E AM1．5参考太阳光谱

符号列表

参考文献

太阳能是一种新型可再生能源，也是21世纪大力发展的新能源。《国际电气工程先进技术译丛：太阳能物理》涉及与太阳能、太阳辐射等相关的物理学、材料学、电化学等学科，重点介绍了太阳能原理及其相关物理基础，包括电磁波理论、光子理论、太阳基本参数与结构、太阳方位天文学、大气效应与浅层地热能、热力学、量子力学、太阳电池、光合作用、电化学等知识，同时还介绍了太阳能热水器和太阳能集热器、太阳能建筑等具体应用和实例。

《国际电气工程先进技术译丛：太阳能物理》可作为从事新能源方向的工程和研究人员的参考书，也可用于高等院校物理、电气工程及材料相关专业研究生及教师的参考教材。

“国际电气工程先进技术译丛”是机械工业出版社集中优势资源精心打造的中高端产品，出版目的是传播国际技术成果，搭建电气工程技术平台。丛书中所有图书都是精选的国外优秀电气工程著作，主要针对新能源、智能电网、电力电子、自动控制及新能源汽车等电气工程热点领域。这些图书都是由经验丰富的业内人士编著，并由国内知名专家翻译，具有很高的实用性。
　　 “国际电气工程先进技术译丛”的出版目的主要是为广大国内读者提供一个展示国外先进技术成果的窗口，使国内读者有一个可以更好地了解国外技术的平台。“国际电气工程先进技术译丛”可供电气工程及相关专业工程技术人员、科研人员及大专院校相关专业师生参考。