可替代能源：来源和系统

近年来，世界对清洁能源的需求急剧增长，使得建筑商、技术人员、可替代能源领域的从业者，以及所有希望学习和使用可替代能源的人们迫切需要一套综合性的技术资料。本书就是一本关于可替代能源的综合性技术资料，可作为可替代能源的普及读物。本书深入浅出地介绍了当前可替代能源的主流技术和近年来开发的新技术，因而在众多同类书籍中能够脱颖而出。本书在基础知识和高层次工程应用资料之间架起了一座桥梁，可以作为一本综合指南，用于太阳能、风能、地能和其他类型能源及其利用技术的探索研究。通过学习，读者将对可替代能源系统的工作原理和集成过程获得更加深入的认知。
本书的突出特点如下：
◎内容覆盖太阳能、风能、地能和生物质能等所有主要类型的可替代能源系统。
◎采用大量图片对复杂概念进行了直观而详尽的解释。
◎对理论和实践应用给出了清晰易懂的实例。
◎对前沿技术及其可能对能源行业产生的影响进行了阐述。
 

本书介绍了太阳能集热系统、光伏发电系统、风力发电系统、地能系统、生物质能采暖系统等可替代能源系统，以及燃料电池和热电联产技术的概念和原理，讨论了各类系统的设计安装过程并展示了应用实例。本书内容丰富，浅显易懂，综合性和实用性强，能够帮助读者建立较为完整的可替代能源知识结构，并提高相应的工作实践能力。

目　录
译丛序
译者序
致谢
序
前言
第1 篇　太阳能：驾驭太阳的能量
第１ 章　 太阳能概述 ３
　 １. １　 太阳能集热系统简史 ５
　 １. ２　 太阳能集热系统的可行性 ７
　 １. ３　 太阳能集热系统的经济性与性能 １１
　 １. ４　 太阳能集热器和系统的认证与测试 １３
第２ 章　 太阳能集热系统的工作原理 １５
　 ２. １　 被动系统 １５
　 ２. ２　 主动系统 １９
　 ２. ３　 太阳能集热器 ２４
第３ 章　 太阳能集热系统的应用 ２９
　 ３. １　 太阳能集热系统的安装 ３０
　 ３. ２　 太阳能集热系统的控制方案 ３９
　 ３. ３　 注水与系统启动 ４２
　 ３. ４　 太阳能集热系统的用途 ４３
　 ３. ５　 太阳能制冷应用 ４９
　 案例研究: 一如既往地运转 ５０
第４ 章　 光伏电池板的工作原理 ５２
　 ４. １　 原子层面上的太阳能光伏原理 ５３
　 ４. ２　 光伏效应与电气原理 ５５
　 ４. ３　 光伏电路 ５６
　 ４. ４　 光伏器件 ６０
第５ 章　 光伏太阳电池板的应用 ６６
　 ５. １　 光伏系统的配置 ６６
　 ５. ２　 利用太阳的能量 ７０
　 ５. ３　 光伏系统的布线 ７６
　 ５. ４　 接地装置 ８２
　 ５. ５　 光伏系统的安装 ８３
　 ５. ６　 系统的连接———小结 ８７
　 ５. ７　 光伏系统的维护 ８８
　 案例研究: 太阳能光伏系统 ９０
第2 篇　风能：向新型可替代能源扬帆起航
第６ 章　 风能概论 ９３
　 ６. １　 风能简史 ９３
　 ６. ２　 风力机的工作原理 ９５
　 ６. ３　 风力机的类型 ９８
第７ 章　 家用和轻型商用风力机 １０２
　 ７. １　 型号选择 １０２
　 ７. ２　 风能的质量 １０８
　 ７. ３　 地点选择 １１１
　 ７. ４　 容量设计 １１３
　 ７. ５　 与本地电网的连接 １１３
　 ７. ６　 安装和维护事项 １１８
第８ 章　 大型风力机 １２２
　 ８. １　 大型风力机的结构 １２３
　 ８. ２　 整体控制 １２５
　 ８. ３　 场地选择 １２６
　 ８. ４　 建设和安装 １２８
　 ８. ５　 大型风力机的安全措施 １３０
　 ８. ６　 风力机的维护保养 １３２
　　　　可替代能源：来源和系统
　 案例研究: 约翰迪尔风车公园 １３５
第3 篇　地能：让大地使我们的世界凉热
第９ 章　 地能系统的原理 １３９
　 ９. １　 概述 １３９
　 ９. ２　 地源热泵制冷系统 １４１
第１０ 章　 地能回路的类型和配置 １５３
　 １０. １　 开式回路系统的水质 １５４
　 １０. ２　 确定开式井的水量 １５７
　 １０. ３　 开式回路配置 １５９
　 １０. ４　 压力水箱 １６２
　 １０. ５　 闭式回路配置 １６４
第１１ 章　 地能应用系统的容量设计 １７３
　 １１. １　 负荷计算 １７３
　 １１. ２　 热损耗计算 １７３
　 １１. ３　 得热量计算 １８１
　 １１. ４　 风道的尺寸 １８４
　 １１. ５　 设备的选择 １９０
　 １１. ６　 回路规模设计 １９３
第１２ 章　 地能系统的安装与启动 １９５
　 １２. １　 安装实践 １９５
　 １２. ２　 启动程序 ２０２
　 １２. ３　 地源热泵的其他用途 ２０４
　 案例研究: 成功的改造 ２０７
第4 篇　生物质：把木材、玉米和木质颗粒用作采暖燃料
第１３ 章　 把生物质用作采暖燃料 ２１１
　 １３. １　 概述 ２１１
　 １３. ２　 用于采暖的生物质原料 ２１１
第１４ 章　 生物质燃料炉的应用 ２２０
　 １４. １　 安装形式 ２２０
　 １４. ２　 木柴、 玉米和木质颗粒燃料炉 ２２０　　　
　 １４. ３　 室外锅炉 ２３０
　 １４. ４　 室内锅炉和采暖炉 ２３８
　 案例研究: 室外木柴锅炉 ２３９
第5 篇　未来能源：燃料电池和热电联产介绍
第１５ 章　 燃料电池的工作原理 ２４５
　 １５. １　 概述 ２４５
　 １５. ２　 什么是燃料电池 ２４６
　 １５. ３　 燃料电池的安装 ２５０
　 １５. ４　 燃料电池的维护 ２５４
　 １５. ５　 燃料电池的发展趋势 ２５４
第１６ 章　 什么是热电联产? ２５６
　 １６. １　 概述 ２５６
　 １６. ２　 热电联产的应用 ２５７
　 １６. ３　 设计指南 ２６１
　 １６. ４　 安装实践 ２６２
　 １６. ５　 系统成本 ２６６
　 １６. ６　 热电联产系统的维护保养 ２６７
术语表 ２６９
附录　 单位换算表 ２７９

前言
根据辞典的定义，能源（energy）是能够提供可用能量的物质。可替代能源（alternative energy）是能够作为传统化石燃料替代或补充品的能源。传统能源如电力、天然气和燃料油已经成为人类社会的可靠“生命源”，它们能够为工作场所提供照明，为家庭供暖，让我们生活的世界变得更加舒适。如今传统能源的供应出现了短缺，但对它们的需求依旧旺盛，因此人们迫切希望找到可替代能源来满足社会日益增长的需求。本书不仅能够使读者获得对可替代能源的深层理解，而且可以作为一份新的参考资料，有助于满足社会对清洁和充足能源的需求和渴望。本书的编写目的是增加可替代能源及其设备的实际应用。全美国有许多暖通空调安装和服务公司对进军可替代能源市场有兴趣。为了做好准备，这些公司将要求所属人员接受可替代能源领域的培训，成为能够胜任工作的合格技师。这本书填补了可替代能源基础知识和高端技术资料之间空白地带，非常适用于可替代能源的工程应用和开发环节。
本书适用的对象是：正在对员工进行可替代能源工程培训的暖通空调和能源行业承包商、希望进一步学习可替代能源系统应用知识的学生，以及正在为减少开支而寻找替代方法的住宅房主和企业主。如今在可替代能源系统的培训领域，既有一些适合自己动手的简单手册，也有一些较高层次的、聚焦研发和分析的工程师教材，因此有必要编写一本综合性书籍来搭建这两个层次之间的桥梁。为了完成本书的编写，作者对这些系统的工作原理、应用与安装，以及系统维护等内容进行了深入的学习研究。
在美国，公众对于发展和利用可替代能源的渴望在今后几年和更长的时间内会日益增强，因而对于那些接受过专业训练的合格技术人员会有持续的需求。这些人员应该具备对可替代能源设备进行安装、运行、服务和维修的技能。为了做好技术人才准备，我们需要综合性的知识和信息用于培训相关的安装人员、技师和服务人员。尽管目前针对不同类型的可替代能源，已有大量独立的资料信息，还是需要将这些信息编辑组织成实用的参考书，以满足今天学生、技师和建筑物业主的需求。
对可替代能源的应用需求绝非昙花一现，而是已有时日了。大量的时间和财力已经被投向可替代能源，很明显，这是一种能够驱动美国走向未来的行之有效的能源。
作者