譯者序

原書前言

第1章緒論

1．1太陽能

1．2走向後石油時代

1．3其他可再生能源

1．3．1水力發電

1．3．2風力發電

1．3．3生物質和生質能

1．3．4淺層地熱能

1．3．5深層地熱能

1．4太陽光伏基礎

1．4．1現代太陽電池的誕生

1．4．2太陽電池的相關概念

1．4．3太陽電池的類型

1．4．4能量平衡

1．5物理範疇之外

1．5．1太陽能與經濟

1．5．2太陽能與和平

1．5．3世界各地的太陽能熱水器

1．5．4光伏：趨向電網平價

習題

第2章太陽輻射特性

2．1光作為電磁波

2．1．1麥克斯韋方程

2．1．2矢量勢

2．1．3電磁波

2．1．4平面波

2．1．5光的偏振

2．1．6電子在電場和磁場中的運動

2．2光學薄膜

2．2．1相對電介質常數和折射率

2．2．2能量守恆和P0ynting矢量

2．2．3菲涅爾公式

2．3黑體輻射

2．3．1 Rayleigh-Jeans定律

2．3．2普朗克公式和斯特藩-玻爾茲曼定律

2．4光電效應和光子概念

2．4．1愛因斯坦的光子理論

2．4．2 Millikan的實驗驗證

2．4．3波粒二像性

2．5愛因斯坦的黑體方程推導

習題

第3章太陽能起源

3．1太陽的基本參數

3．1．1距離

3．1．2質量

3．1．3半徑

3．1．4發射功率

3．1．5表面溫度

3．素組成

3．2 Kelvin-Helmholtz時間尺度

3．3太陽能的來源

3．3．1 p-p鏈

3．3．2碳鏈

3．3．3太陽的內部結構

習題

第4章跟蹤太陽光

4．1地球自轉：緯度和經度

4．2天球

4．2．1坐標變換：直角坐標繫

4．2．2坐標變換：球面三角法

4．3基於太陽時的處理

4．3．1黃赤交角和太陽赤緯

4．3．2日出時間與日落時間

4．3．3任意表面上的直接太陽輻射

4．3．4每日直接太陽輻射能量

4．3．5 24節氣

4．4基於標準時的處理

4．4．1恆星時和太陽時

4．4．2太陽的赤經

4．4．3起源於黃赤交角的時差

4．4．4遠日點和近日點

4．4．5起源於地球軌道離心率的時差

4．4．6時間方程

4．4．7太陽的赤緯

4．4．8太陽的日行跡

習題

第5章太陽光與地球的相互作用

5．1輻射與物質的相互作用

5．1．1吸收率、反射率和透射率

5．1．2發射率和基爾霍夫定律

5．1．3 Bouguer-Lambert-Beer定律

5．2太陽光與大氣層的相互作用

5．2．1 AM1．5的日射光譜輻照度

5．2．2年均日照圖

5．2．3晴朗指數

5．2．4直射和漫射太陽輻射

5．3滲透到地球的太陽能

習題

第6章太陽能熱力學

6．1定義

6．2熱力學定律

6．3熱力學第二定律

6．3．1卡諾循環

6．3．2熱力學溫度

6．3．3熵

6．4熱力學函數

6．4．1自由能

6．4．2焓

6．4．3吉布斯(Gibbs)自由能

6．4．4化學勢

6．5理想氣體

6．6地源熱泵和空調

6．6．1原理

6．6．2性能繫數

6．6．3蒸氣壓縮熱泵和制冷機

6．6．4地熱交換器

習題

第7章量子躍遷

7．1量子力學的基本概念

7．1．1量子態：能級和波函數

7．1．2動態變量和運動方程

7．1．3一維勢阱

7．1．4氫原子

7．2多電子原子繫統

7．2．1單電子近似

7．2．2量子態的直接觀測

7．2．3分子的量子態：HOMO和LUMO

7．2．4納米晶體的量子態

7．3黃金法則

7．3．1周期性擾動的時變微擾

7．3．2連續光譜的黃金法則

7．3．3細致平衡原理

7．4與光子的交互作用

習題

第8章pn結

8．1半導體

8．1．1導體、半導體和絕緣體

8．1．2電子和空穴

8．1．3 p型和n型半導體

8．2 pn結的形成

8．3 pn結分析

8．3．1偏置電壓效應

8．3．2過剩少數載流子的壽命

8．3．3 pn結電流

8．3．4 Shockley方程

習題

第9章半導體太陽電池

9．1基本概念

9．1．1電能產生

9．1．2太陽電池方程

9．1．3功率和填充因子

9．2 Shockley-Queisser極限

9．2．1效率上限

9．2．2載流子復合時間的影響

9．2．3細致平衡處理

9．2．4額定效率

9．2．5shockley-Queisser效率極限

9．2．6 AM1．5輻射的效率極限

9．3無輻射復合過程

9．3．1俄歇復合

9．3．2陷阱態復合

9．3．3表面態復合

9．4抗反射塗層

9．4．1矩陣法

9．4．2單層抗反射塗層

9．4．3雙層抗反射塗層

9．5晶體硅太陽電池

9．5．1純硅的生產

9．5．2太陽電池設計和處理

9．5．3模塊組裝

9．6薄膜太陽電池

9．6．1 CdTe太陽電池

9．6．2 CIGS太陽電池

9．6．3非晶硅薄膜太陽電池

9．7疊層太陽電池

習題

第10章太陽能電化學

10．1光合作用的物理學

10．1．1葉綠素

10．1．2 ATP：生物界的通用

10．1．3 NADPH和NADP+

10．1．4卡爾文循環

lO．1．5 C4植物與C3植物

10．1．6葉綠體

10．1．7光合作用的效率

10．2人工光合作用

10．3轉基因藻類

10．4染料敏化太陽電池

10．5雙層有機太陽電池

習題

第11章太陽熱能

11．1早期太陽熱能應用

11．2太陽能集熱器

11．2．1選擇性吸收表面

11．2．2平板太陽能集熱器

11．2．3全玻璃真空管太陽能集熱器

11．2．4熱管式太陽能集熱器

11．2．5高壓真空管太陽能集熱器

11．3太陽能熱水器

11．3．1具有熱管式太陽能集熱器的繫統

11．3．2具有承壓熱交換器的繫統

11．3．3具有獨立熱交換水箱的繫統

11．4太陽熱發電

11．4．1拋物面槽式聚光器

11．4．2定日鏡和中央接收器

11．4．3拋物面碟狀聚光器和Stirling發動機

11．4．4太陽能的組合集成

11．4．5線性菲涅爾反射聚光器

習題

第12章能量存儲

12．1顯熱存儲

12．1．1 水

12．1．2固體顯熱存儲材料

12．1．3合成油與填充床

12．2相變存儲

12．2．1水．冰繫統

12．2．2石蠟和其他有機材料

12．2．3鹽水合物

12．2．4 PCM封裝

12．3蓄電池

12．3．1蓄電池的電化學

12．3．2鉛酸蓄電池

12．3．3鎳氫蓄電池

12．3．4鋰電池

12．3．5鋰的礦產資源

12．4太陽能和電動汽車

習題

第13章陽光建築

13．1早期太陽能建築

13．1．1古代太陽能建築

13．1．2中國農村房屋的整體結構

13．2建築材料

13．2．1熱阻

13．2．2比熱阻

13．2．3熱導繫數：U值

13．2．4熱質

13．2．5玻璃窗

13．3整體設計舉例

13．4太陽能社區的土地利用

習題

附錄

附錄A能量單位轉換

附錄B球面三角學

B．1球面三角形

B．2餘弦公式

B．3正弦公式

B．4公式C

習題

附錄C量子力學基礎

C．1諧振子

C．2角動量

C．3氫原子

附錄D粒子統計

D．1麥克斯韋一玻爾茲曼統計

D．2費米-狄拉克統計

附錄E AM1．5參考太陽光譜

符號列表

參考文獻