圖解太陽能應用技術

本書特色

　　地球環境問題日益嚴重，21世紀儼然成為各先進國必須要針對新能源擬定具體對策、並積極實施的時代。太陽能一直是新能源的主要選項之一，如何應用太陽能是各國能源對策的重要課題。也是身為地球一份子的我們不能忽視的。本書將從太陽能應用的歷史到太陽能發電架構、應用技術的各種趨勢等，以圖解與許多實例，帶您清楚了解太陽能應用技術的整體形貌。

　　本書適合閱讀對象為：對天然能源有興趣的讀者、大型建築與住宅設計者、太陽光電領域實務執行者、國家能源單位與地方政府政策制定者，以及在學學生們。

章節概要

　　第一章：解說各種化石燃料、核能以及太陽能等人類所利用過的能源。說明國際間為了抑制地球暖化而共同制定的「京都協議書」概要，並談到針對新興能源能否對地球環境問題有所貢獻。

　　第二章：由於太陽能應用系統大多必須長時間曝露於屋外，因此氣象條件就會和系統性能、耐用年限、管理經費等有密切的關係。這個章節將概述與太陽能應用有密切關係的氣象條件以及氣象局所使用的各種觀測方法。

　　第三章：說明太陽光電特徵及核心的太陽電池原理、系統組成條件等，並介紹一些具體的系統範例。

　　第四章：解說使用各式太陽熱能應用系統的聚光、集熱類理論，以及機器、太陽熱能的發電架構、有效利用變動太陽熱能時所不可或缺的蓄熱技術等，亦會針對廣義的太陽熱能─冰雪冷熱能利用技術方面做一介紹。

　　第五章：應用自然能源調整建築室內環境的一些基礎事宜，如，根據人類體溫熱感的舒適標準、建築物的冷暖氣負荷、空氣品質與換氣原理、光環境調整之原則與方法，並且簡要說明暖氣的使用方式及舒適性等。此外，還會提到一些具有代表性的被動式太陽屋、以及主動式太陽能屋等。

　　第六章：說明關於生質能源的應用技術。生質燃料與其他可再生能源不同，是一種有機資源，除了可以作為電力、熱能的供應之外，也因為可以作為替代石油資源的燃料而備受矚目。

　　第七章：著眼於日常生活中較容易接觸到的光機能材料，即光觸媒材料與調光材料的現況與今後發展做一描述。再者，亦列舉出用來驅使奈米科技等最新技術之光機能材料製作等範例，來介紹非矽晶型之下世代太陽電池開發。

　　第八章：雖然人類無法以太陽光或是太陽熱的型態直接利用太陽的能量，但是可以藉由風力或是其他型態做間接性的利用。說明地球上所存在的風力資源及其特性、從風力資源獲得能量的架構，以及風能利用等現況做一概要的說明

　　第九章：為了未來能夠更加擴大太陽能的利用技術，本章節中將介紹一些新系統開發案、研究範例、以及高度利用與複合利用的範例。預計今後將會大量導入太陽光電方面的技術，因此目前已經開始針對多個太陽光電系統集中導入地區之最適化，以及與電力系統間搭配的相關議題進行研究。

作者簡介

日本太陽能學會

　　設立於1975年5月20日。本學會本著振興與推廣太陽能應用相關基礎與應用的科學技術為目的而設立。另外，期望帶動學會會員間以及國外研究學者與研究團體的交流。

審定者簡介

羅丞曜

　　電機工程博士，畢業於日本東京大學，現任東京大學 生產技術研究所 特任研究員。近期研究興趣為半導體材料、光學微機電系統、印刷式生產技術及軟性電子元件。

　　於2001年至2005年任職於台灣積體電路公司擔任十二吋晶圓90奈米及45奈米製程整合專案資深研發工程師；於2006年至2009年間以訪問研究員(VTT Technical Research Centre of Finland)及特任研究員(日本東京大學生產技術研究所)的身分參予歐盟與日本之間的「開發印刷式生產技術並以其製作微機電系統控制的大面積軟性顯示幕」國際研究計畫。截至目前為止個人著有十八篇科技論文並擁有六件半導體元件製程國際專利。自2000年起持續從事英文及日文科技圖書及論文的翻譯、校稿及潤稿工作。

譯者簡介

張萍

　　高雄科技大學應用日語系、雲林科技大學企研所畢業，日本特別研究生一年。目前任職於財團法人，從事對日國際業務，兼職翻譯。譯有：《圖解半導體製造裝置》、《圖解不需算式的物理學》、《與食品添加物和平共處~這樣吃最安心》（以上世茂出版）。

第1章 太陽能利用之歷史與地球環境問題

1.1 太陽能利用之歷史 2

1.2 世界的能源情事 5
世界的能源需求預測/日本能源之需求與供給現況/新興能源相關趨勢

1.3 京都協議書與太陽能利用之展望 8
地球的溫熱環境/地球暖化之氣候變化．氣候異常預測/京都協議書/新興能源之能源核算率與CO2減量效果

參考文獻 14

第2章 日照、氣象之基礎

2.1 氣象條件之概要 16
地面氣象觀測網/日照量/日照時間/氣溫/溼度/風向．風速/降雨量/積雪/雲

2.2 日照
日照之定義/太陽地球間距離之年變化/太陽係數/太陽高度與日照強度/日照時間/日照收支/大氣之日照衰減

2.3 太陽能利用系統用之日照相關資料檔案 35
氣象局之觀測檔案/NEDO所公佈之日照相關資料/HASP標準氣象檔案/AMeDAS氣象檔案(EA氣象檔案)補充

參考文獻 39

第3章 太陽光發電之架構

3.1 太陽光電系統之特徵 42

3.2 太陽電池原理 44
發電原理/太陽電池種類/能源回收年數/太陽電池之能源轉換效率

3.3 太陽光電系統分類 48
系統概要/獨立型系統/併聯型系統/混合型系統

3.4 太陽光電系統之構成要件 53
太陽電池組列/直流交流轉換器/蓄電池/系統併連裝置

3.5 太陽光電系統範例 57
光纖終端機用太陽光電源系統/航路標識用混合發電系統

參考文獻 60

第4章 太陽熱能利用技術

4.1 集熱、聚光理論與機器 62
平板式集熱器/真空管集熱器/聚光集熱器

4.2 太陽熱能發電架構 72
太陽熱能發電系統基本內容/各種太陽熱能發電系統/太陽熱能發電系統之特色/總結

4.3 蓄熱系統利用 78
蓄熱式太陽熱能系統/蓄熱理論/蓄熱材料/蓄熱裝置/可提高蓄熱效果之機器

4.4 冷熱利用技術 86
冰雪能源及其使用對象/使用冰雪之食物儲藏與運送/冰雪冷氣/冰雪發電/使用冰雪之經濟性

參考文獻 91

第5章 建築與居住環境

5.1 室內溫熱環境與冷暖氣負載 94
室內溫熱環境之舒適性與評估指標/使用冷暖氣時的溫熱設定條件與熱負載

5.2 室內空氣環境與換氣原理 99
換氣量基準/換氣方式/換氣理論/換氣、通風系統之範例

5.3 日照遮蔽、採光與照明 103
光環境調整之原則與基準/日照遮蔽/自然採光(白天光線照明)/人工照明

5.4 暖氣技術 109
暖氣方式/暖氣機器之種類與特徵/使用暖氣時的舒適性/暖氣設計

5.5 被動式太陽能加熱系統 114
被動式設計/氣候條件與隔熱性能/被動式設計原則/被動式太陽能加熱系統之方法與範例

5.6 主動式太陽能加熱系統 122
主動式系統之分類/集熱器的種類/住宅用主動式系統與範例
一般建築用主動式系統與範例

參考文獻 131

第6章 生質能源

6.1 生質燃料的定義與賦存量 134
生質燃料的定義與其特徵/生質燃料的賦存量

6.2 太陽能的固定轉換 136
光合成反應/生物的產生

6.3 生質燃料利用方法 138
生質燃料的能量轉換技術/日本的生質能源利用/生質能源的海外策略

參考文獻 144

第7章 光機能材料

7.1 光觸媒 146
光觸媒的種類/光觸媒機能/光觸媒材料現況與課題

7.2 調光材料 151
調光玻璃/電致變色玻璃/感溫變色玻璃/熱致變色玻璃/氣致變色玻璃/調光鏡玻璃

7.3 次世代薄膜太陽電池 157
染料敏化太陽電池/聚合物太陽電池

參考文獻 161

第8章 風能

8.1 風能資源 164
風的產生/各式各樣的風/風的性質/風能賦存量

8.2 風車的基礎理論 170
風車的種類與特徵/風車轉動原理

8.3 風能利用現況 174
大型風力發電/海上風場/小型、微型風力發電/混合式發電系統

參考文獻 178

第9章 太陽能利用之未來展望

9.1 太陽光電系統的新方向 180
自主提升式陽光社區系統/併聯集中式太陽光電系統

9.2 太陽熱能之高度利用與太陽建築的未來 182
新型太陽熱能發電系統/太陽建築

9.3 小型水力利用 185
水力發電之意義/家庭流水之小型水力市民發電廠

9.4 藉由複合利用系統提高能源之利用 188
新興能源等地區的集中實證研究/新興能源複合利用系統(岩手縣葛卷町)

參考文獻 192

索引 193