图解太阳能应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书特色

　　地球环境问题日益严重，21世纪俨然成为各先进国必须要针对新能源拟定具体对策、并积极实施的时代。太阳能一直是新能源的主要选项之一，如何应用太阳能是各国能源对策的重要课题。也是身为地球一份子的我们不能忽视的。本书将从太阳能应用的历史到太阳能发电架构、应用技术的各种趋势等，以图解与许多实例，带您清楚了解太阳能应用技术的整体形貌。

　　本书适合阅读对象为：对天然能源有兴趣的读者、大型建筑与住宅设计者、太阳光电领域实务执行者、国家能源单位与地方政府政策制定者，以及在学学生们。

章节概要

　　第一章：解说各种化石燃料、核能以及太阳能等人类所利用过的能源。说明国际间为了抑制地球暖化而共同制定的「京都协议书」概要，并谈到针对新兴能源能否对地球环境问题有所贡献。

　　第二章：由于太阳能应用系统大多必须长时间曝露于屋外，因此气象条件就会和系统性能、耐用年限、管理经费等有密切的关系。这个章节将概述与太阳能应用有密切关系的气象条件以及气象局所使用的各种观测方法。

　　第三章：说明太阳光电特征及核心的太阳电池原理、系统组成条件等，并介绍一些具体的系统范例。

　　第四章：解说使用各式太阳热能应用系统的聚光、集热类理论，以及机器、太阳热能的发电架构、有效利用变动太阳热能时所不可或缺的蓄热技术等，亦会针对广义的太阳热能─冰雪冷热能利用技术方面做一介绍。

　　第五章：应用自然能源调整建筑室内环境的一些基础事宜，如，根据人类体温热感的舒适标准、建筑物的冷暖气负荷、空气品质与换气原理、光环境调整之原则与方法，并且简要说明暖气的使用方式及舒适性等。此外，还会提到一些具有代表性的被动式太阳屋、以及主动式太阳能屋等。

　　第六章：说明关于生质能源的应用技术。生质燃料与其他可再生能源不同，是一种有机资源，除了可以作为电力、热能的供应之外，也因为可以作为替代石油资源的燃料而备受瞩目。

　　第七章：着眼于日常生活中较容易接触到的光机能材料，即光触媒材料与调光材料的现况与今后发展做一描述。再者，亦列举出用来驱使奈米科技等最新技术之光机能材料制作等范例，来介绍非硅晶型之下世代太阳电池开发。

　　第八章：虽然人类无法以太阳光或是太阳热的型态直接利用太阳的能量，但是可以借由风力或是其他型态做间接性的利用。说明地球上所存在的风力资源及其特性、从风力资源获得能量的架构，以及风能利用等现况做一概要的说明

　　第九章：为了未来能够更加扩大太阳能的利用技术，本章节中将介绍一些新系统开发案、研究范例、以及高度利用与复合利用的范例。预计今后将会大量导入太阳光电方面的技术，因此目前已经开始针对多个太阳光电系统集中导入地区之最适化，以及与电力系统间搭配的相关议题进行研究。

作者简介

日本太阳能学会

　　设立于1975年5月20日。本学会本着振兴与推广太阳能应用相关基础与应用的科学技术为目的而设立。另外，期望带动学会会员间以及国外研究学者与研究团体的交流。

审定者简介

罗丞曜

　　电机工程博士，毕业于日本东京大学，现任东京大学 生产技术研究所 特任研究员。近期研究兴趣为半导体材料、光学微机电系统、印刷式生产技术及软性电子元件。

　　于2001年至2005年任职于台湾积体电路公司担任十二吋晶圆90奈米及45奈米制程整合专案资深研发工程师；于2006年至2009年间以访问研究员(VTT Technical Research Centre of Finland)及特任研究员(日本东京大学生产技术研究所)的身分参予欧盟与日本之间的「开发印刷式生产技术并以其制作微机电系统控制的大面积软性显示幕」国际研究计画。截至目前为止个人着有十八篇科技论文并拥有六件半导体元件制程国际专利。自2000年起持续从事英文及日文科技图书及论文的翻译、校稿及润稿工作。

译者简介

张萍

　　高雄科技大学应用日语系、云林科技大学企研所毕业，日本特别研究生一年。目前任职于财团法人，从事对日国际业务，兼职翻译。译有：《图解半导体制造装置》、《图解不需算式的物理学》、《与食品添加物和平共处~这样吃最安心》（以上世茂出版）。

第1章 太阳能利用之历史与地球环境问题

1.1 太阳能利用之历史 2

1.2 世界的能源情事 5
世界的能源需求预测/日本能源之需求与供给现况/新兴能源相关趋势

1.3 京都协议书与太阳能利用之展望 8
地球的温热环境/地球暖化之气候变化．气候异常预测/京都协议书/新兴能源之能源核算率与CO2减量效果

参考文献 14

第2章 日照、气象之基础

2.1 气象条件之概要 16
地面气象观测网/日照量/日照时间/气温/溼度/风向．风速/降雨量/积雪/云

2.2 日照
日照之定义/太阳地球间距离之年变化/太阳系数/太阳高度与日照强度/日照时间/日照收支/大气之日照衰减

2.3 太阳能利用系统用之日照相关资料档案 35
气象局之观测档案/NEDO所公佈之日照相关资料/HASP标准气象档案/AMeDAS气象档案(EA气象档案)补充

参考文献 39

第3章 太阳光发电之架构

3.1 太阳光电系统之特征 42

3.2 太阳电池原理 44
发电原理/太阳电池种类/能源回收年数/太阳电池之能源转换效率

3.3 太阳光电系统分类 48
系统概要/独立型系统/併联型系统/混合型系统

3.4 太阳光电系统之构成要件 53
太阳电池组列/直流交流转换器/蓄电池/系统併连装置

3.5 太阳光电系统范例 57
光纤终端机用太阳光电源系统/航路标识用混合发电系统

参考文献 60

第4章 太阳热能利用技术

4.1 集热、聚光理论与机器 62
平板式集热器/真空管集热器/聚光集热器

4.2 太阳热能发电架构 72
太阳热能发电系统基本内容/各种太阳热能发电系统/太阳热能发电系统之特色/总结

4.3 蓄热系统利用 78
蓄热式太阳热能系统/蓄热理论/蓄热材料/蓄热装置/可提高蓄热效果之机器

4.4 冷热利用技术 86
冰雪能源及其使用对象/使用冰雪之食物储藏与运送/冰雪冷气/冰雪发电/使用冰雪之经济性

参考文献 91

第5章 建筑与居住环境

5.1 室内温热环境与冷暖气负载 94
室内温热环境之舒适性与评估指标/使用冷暖气时的温热设定条件与热负载

5.2 室内空气环境与换气原理 99
换气量基准/换气方式/换气理论/换气、通风系统之范例

5.3 日照遮蔽、採光与照明 103
光环境调整之原则与基准/日照遮蔽/自然採光(白天光线照明)/人工照明

5.4 暖气技术 109
暖气方式/暖气机器之种类与特征/使用暖气时的舒适性/暖气设计

5.5 被动式太阳能加热系统 114
被动式设计/气候条件与隔热性能/被动式设计原则/被动式太阳能加热系统之方法与范例

5.6 主动式太阳能加热系统 122
主动式系统之分类/集热器的种类/住宅用主动式系统与范例
一般建筑用主动式系统与范例

参考文献 131

第6章 生质能源

6.1 生质燃料的定义与赋存量 134
生质燃料的定义与其特征/生质燃料的赋存量

6.2 太阳能的固定转换 136
光合成反应/生物的产生

6.3 生质燃料利用方法 138
生质燃料的能量转换技术/日本的生质能源利用/生质能源的海外策略

参考文献 144

第7章 光机能材料

7.1 光触媒 146
光触媒的种类/光触媒机能/光触媒材料现况与课题

7.2 调光材料 151
调光玻璃/电致变色玻璃/感温变色玻璃/热致变色玻璃/气致变色玻璃/调光镜玻璃

7.3 次世代薄膜太阳电池 157
染料敏化太阳电池/聚合物太阳电池

参考文献 161

第8章 风能

8.1 风能资源 164
风的产生/各式各样的风/风的性质/风能赋存量

8.2 风车的基础理论 170
风车的种类与特征/风车转动原理

8.3 风能利用现况 174
大型风力发电/海上风场/小型、微型风力发电/混合式发电系统

参考文献 178

第9章 太阳能利用之未来展望

9.1 太阳光电系统的新方向 180
自主提升式阳光社区系统/併联集中式太阳光电系统

9.2 太阳热能之高度利用与太阳建筑的未来 182
新型太阳热能发电系统/太阳建筑

9.3 小型水力利用 185
水力发电之意义/家庭流水之小型水力市民发电厂

9.4 借由复合利用系统提高能源之利用 188
新兴能源等地区的集中实证研究/新兴能源复合利用系统(岩手县葛卷町)

参考文献 192

索引 193

世界的能源需求预测
全世界一次性能源供给预计将随着经济成长而有显着性的成长。根据国际能源组织(IEA)的预测，2030年世界一次性能源需求将达到152.7亿TOE(与2000年相比增加了66﹪)。从地区来看，预测亚洲地区的能源需求量将会有所成长。先进国家中2000~2030年之年平均增加率会停留在1.0%，而以亚洲为主的开发中国家预测将达到2.9%，是先进国家增加率的3倍。

从能源类别来看，主要能源中呈现最高度成长的是天然瓦斯，预测今后30年间平均将增加2.4%。另一方面，预测对石碳、核能的需求则会降低。从各方面所需求之能源状况来看，预测石油在交通方面依然有九成以上的佔有率。发电方面，石油的比率将落至现况一半的4%，然而天然瓦斯的比率将大幅增加，预计将达到31%。此外，预测在产业方面、民生方面的电力需求率将会增加。

日本能源之需求与供给现况
在1970年代高度经济成长时期，日本的能源需求比国内生产毛额(GDP)的增加比率还高。然而，1970年代以两次石油危机为契机，产业部门开始进行节能运动，努力的结果不但在某种程度上抑制了对能源的需求，也达成了经济成长的目标。到了1980年代后半，石油价格低落，并且在追求富足生活型态等背景下对能源之需求再度增加。若去除1998年度与2001年度比起前一年度之负成长外，1980年代后半之后，能源的需求呈现一致性地增加。若观察各方面的能源消费趋势，石油危机之后，产业部门则呈现略为平稳增加的状态，另一方面民生、运输方面则略微倍增。结果使得产业、民生、运输的能源需求比率从石油危机当时的4比1比1，到2001年度变成2比1比1。如此看来，日本整体的能源消费量虽然持续增加，但是若以符合GDP的能源一次供给量来看，和其他先进国家比起来却显得略少，日本俨然已经达到高能量使用效率。

另一方面，关于能量供给，日本在1973年度有77%的能源供给必须仰赖石油。然而在1973年发生第一次石油危机后，日本体验到原油价格攀升以及石油供给中断所造成的不安，遂欲降低对石油的依存度，为了使能源供给稳定，因而鼓励导入用来取代石油的核能及天然瓦斯。第二次石油危机(1979年)后，日本更进一歩促进核能及天然瓦斯导入，并加速新兴能源开发。结果显示，比起第一次石油危机时(77%)，到2001年度石油依存度已经降为49.4%，有了大幅度的改善。除了增加作为替代能源的核能(13%)以及天然瓦斯(13%)的使用比例，也意图使能源供给来源多样化。然而，和世界其他主要国家比较起来，日本的石油依存度仍然偏高。此外，近年来对于石油供给区域─中东的依存度有再度提高的倾向。另一方面，家庭用及营业用为主的电力需求增加，因而要求必须要能够安全且环保，且使用起来方便。电力普及化比率从1970年度的25.5%，到了2001年度即达到41.6%。

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