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1.本教材构建了“源-网-储-用-评”完整知识链。本教材围绕“太阳能高效利用与氢能转化”这一主线，系统构建了从基础到前沿的知识体系：
“源”——深入剖析太阳能光伏、光热发电两大主流技术的原理、系统与关键部件；“网”与“储”——重点讲解为平抑新能源波动而生的微电网技术，及涵盖热、电、氢在内的多元化储能解决方案；“用”——核心聚焦于太阳能发电制氢的多种耦合模式（光伏/光热/多能互补制氢），并拓展介绍热化学、光催化等前沿制氢路径；“评”：从经济性、环境影响、能效多维度建立系统评价方法，并引入多目标优化，培养读者的系统思维与工程决策能力。
2.本教材可作为高等院校新能源科学与工程、储能科学与工程、氢能技术、动力工程等专业的本科生、研究生的教材，也可供相关领域科研人员、工程技术人员、产业决策与投资者阅读参考。
3. 本教材具有四大独特优势与卖点
（1）前沿性与系统性并重，填补教学空白：紧密围绕“双碳”国家战略，是国内较早系统成体系阐述“太阳能发电-氢电耦合”这一前沿交叉领域的本科教材，内容前瞻，结构完整，有效弥补了现有教材的不足。
（2）深度产教融合，知识落地有声：由湖南大学、上海交通大学等顶尖
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| 內容簡介： |
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随着全球能源需求的增长和环境保护的迫切需求，太阳能发电制氢技术作为一种清洁、可持续的能源利用方式，受到了广泛关注。本书是一部系统阐述太阳能发电制氢技术原理、系统组成、应用前景及挑战的教材。全书从基础知识逐步深入，既注重理论深度，又强调实践应用，全面覆盖了太阳能发电制氢领域的核心内容。首先，本书介绍了太阳能发电制氢技术的发展简史、太阳与太阳辐射以及太阳能发电制氢的基本方式，为后续内容奠定了理论基础。接着，本书详细探讨了太阳能光热发电和光伏发电的原理、系统组成及关键部件，分析了其技术特点和发展路径，并深入研究了太阳能发电系统的储能技术，系统介绍了多种储能方式及其优化设计方法。随后，本书聚焦于太阳能发电制氢耦合系统及其微电网技术，分析了不同类型的制氢系统和微电网的建模与优化方法。此外，本书还从能量管理和多维评价的角度，探讨了太阳能氢电耦合系统的技术应用、优化策略，并对其经济性、环境影响和能量转换效率进行了分析。本书适合用作新能源领域相关专业本科生和研究生的教材，也可作为从事太阳能发电和制氢技术研究的科研人员和工程技术人员的参考书。
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| 關於作者： |
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陈敬炜，湖南大学岳麓学者，副教授/博导，担任中国机械工业教育协会热能工程专业委员会委员，湖南省工程热物理学会理事，担任《Journal of Central South University》青年编委，中南大学学报自然科学版青年编委。本教材负责人一直从事太阳能利用和氢能制备技术的教学和科研工作，长期承担《太阳能利用技术》、《热工学基础》等课程的授课，参编Elsevier专著一本，承担参与校级、省级教改课题5项，获湖南省教学成果奖1项。主持国家自科基金项目2项，省部级项目多项，在ECM、CEJ、Fuel等期刊上发表了一系列太阳能和氢能相关高水平论文超50篇，申请和授权发明专利/实用新型专利8项，获2014年陕西省科技进步一等奖1项（太阳能聚焦供热的热化学分解超临界水和生物质制氢基础研究）。
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| 目錄：
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丛书序
前言
>>> 第1章 太阳能利用的基本知识1
1.1 太阳能发电制氢技术发展简史1
1.2 太阳与太阳辐射4
1.2.1 太阳的基本特征4
1.2.2 太阳角度7
1.2.3 太阳辐射8
1.3 太阳能发电制氢基本方式10
1.3.1 太阳能光伏发电10
1.3.2 太阳能光热发电15
1.3.3 其他太阳能转换技术17
1.3.4 太阳能发电制氢19
1.3.5 太阳能发电制氢技术发展趋势24
思考题25
>>> 第2章 太阳能光热发电原理及其系统组成26
2.1 太阳能光热发电技术分类及发展历程26
2.2 基本概念29
2.3 槽式太阳能热动力发电30
2.3.1 系统基本组成30
2.3.2 槽式抛物面聚光器及跟踪系统31
2.3.3 线聚焦接收器及集热性能33
2.4 塔式太阳能热动力发电43
2.4.1 系统基本组成43
2.4.2 塔式聚光镜场及跟踪系统44
2.4.3 塔顶接收器及集热性能47
2.5 线性菲涅耳式太阳能热动力发电54
2.5.1 系统基本组成54
2.5.2 线性菲涅耳式聚光器及跟踪系统54
2.5.3 塔顶接收器57
2.6 碟式太阳能热动力发电58
2.6.1 系统基本组成58
2.6.2 旋转抛物面聚光器及跟踪系统58
2.6.3 空腔型接收器及集热性能59
2.7 集热工质及基本热力循环63
2.7.1 可选集热工质63
2.7.2 基本热力循环65
2.7.3 多能源联合系统70
2.8 太阳能光热电站的优化设计71
2.8.1 有限时间热力学分析原理及应用71
2.8.2 工程经济性分析77
2.8.3 常用软件79
思考题80
>>> 第3章 太阳能光伏发电原理及其系统组成81
3.1 太阳能光伏发电技术的发展历程81
3.2 太阳能光伏发电系统工作原理82
3.3 太阳能光伏电池83
3.3.1 半导体基础理论83
3.3.2 太阳能电池材料87
3.3.3 太阳能电池组件90
3.3.4 太阳能电池制造95
3.3.5 太阳能电池性能96
3.4 光伏逆变器99
3.4.1 逆变器工作原理99
3.4.2 逆变器基本结构100
3.4.3 光伏并网逆变器101
3.4.4 逆变器性能108
3.5 太阳能光伏发电系统109
3.5.1 独立太阳能光伏发电系统109
3.5.2 并网太阳能光伏发电系统110
3.5.3 风光互补太阳能光伏发电系统112
3.5.4 聚光型太阳能光伏发电系统113
3.6 太阳能光伏发电系统工程设计115
3.6.1 项目概述115
3.6.2 太阳能资源分析116
3.6.3 光伏系统主要设备选型118
3.6.4 光伏方阵设计119
3.6.5 电气系统设计120
3.6.6 发电量计算及节能效益分析122
思考题124
>>> 第4章 太阳能发电系统的储能装置125
4.1 热储能系统125
4.1.1 显热储热126
4.1.2 相变储热130
4.2 电储能系统132
4.2.1 电化学储能技术132
4.2.2 电能储能技术140
4.3 机械类储能系统144
4.3.1 抽水蓄能144
4.3.2 飞轮储能146
4.3.3 压缩空气储能149
4.3.4 三种机械储能方式对比分析151
4.4 化学类储能系统151
4.4.1 氢储能151
4.4.2 碳氢储能156
4.5 储能系统的性能157
4.6 光伏耦合储能示范系统158
4.6.1 太阳能电池158
4.6.2 光伏、光热发电系统159
4.6.3 光伏光热耦合储热示范系统160
思考题164
>>> 第5章 太阳能发电制氢耦合原理及系统165
5.1 氢能源基础165
5.1.1 氢能源的特点165
5.1.2 氢能源的分类及应用168
5.2 电氢耦合—新型电力系统发展的新路径170
5.2.1 氢能对构建新型电力系统的价值170
5.2.2 电氢耦合的典型模式171
5.2.3 电氢耦合发展趋势与未来展望174
5.3 太阳能发电耦合制氢系统原理及类型176
5.3.1 电解水制氢系统原理176
5.3.2 光伏－水解耦合制氢系统184
5.3.3 热电联产-水解耦合制氢系统188
5.3.4 风光互补多能耦合制氢系统191
5.3.5 光热电一体化制氢系统194
5.4 其他类型太阳能制氢技术197
5.4.1 太阳能热化学循环制氢198
5.4.2 光电化学制氢203
5.4.3 太阳能光催化制氢205
5.4.4 太阳能与化石燃料互补制氢207
5.4.5 微生物分解制氢211
思考题213
>>> 第6章 太阳能发电制氢微电网214
6.1 微电网的基本概念214
6.1.1 微电网的分类214
6.1.2 微电网关键技术218
6.1.3 微电网研究和发展现状224
6.2 微电网的结构227
6.3 微电网建模228
6.3.1 微电网建模原理228
6.3.2 太阳能发电系统建模229
6.3.3 制氢系统建模231
6.3.4 储能系统建模237
6.4 微电网运行与控制241
6.4.1 微电网的运行模式241
6.4.2 微电网控制策略242
6.5 晶科科技上饶源网荷储微电网项目实例分析245
6.5.1 微电网项目概况245
6.5.2 项目接入电网方案247
6.5.3 电能质量分析249
6.5.4 项目微电网系统249
6.6 阳光产业园内屋顶光伏发电系统制氢示范项目263
6.7 太阳能发电制氢微电网的未来发展方向264
思考题267
>>> 第7章 太阳能氢电耦合系统的能量管理268
7.1 太阳能氢电耦合系统能量管理系统组成268
7.1.1 能量管理系统架构268
7.1.2 能量管理系统基本功能271
7.2 模型预测控制（MPC）275
7.2.1 MPC在EMS中的功能275
7.2.2 MPC范式277
7.2.3 MPC具体方法279
7.2.4 基于MPC的EMS控制算法284
7.3 EMS的运行与优化290
7.3.1 EMS运行机制290
7.3.2 EMS优化策略292
7.4 太阳能氢电耦合系统的能量管理应用实例293
7.4.1 项目概况293
7.4.2 制氢系统控制方案294
7.4.3 能量管理系统设计296
思考题301
>>> 第8章 太阳能氢电耦合系统的多维评价302
8.1 经济性分析302
8.1.1 经济性评价分析方法302
8.1.2 经济性分析的影响因素307
8.1.3 太阳能氢电耦合系统经济性分析实例310
8.2 环境影响评价313
8.2.1 环境影响评价方法313
8.2.2 环境影响因素317
8.2.3 环境影响分析工具318
8.2.4 太阳能氢电耦合系统环境评价实例319
8.3 能量转换效率分析323
8.3.1 能量转换效率分析方法323
8.3.2 能量转换效率影响因素334
8.3.3 太阳能氢电耦合系统能量转换效率分析实例336
8.4 系统多目标优化341
8.4.1 多目标优化的基本理论341
8.4.2 多目标优化的经典方法341
8.4.3 太阳能氢电耦合系统多目标优化实例345
思考题349
>>> 参考文献350
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| 內容試閱：
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随着能源与环保问题的日益加剧，人类对清洁能源的需求愈发强烈。太阳能作为最主要的可再生能源，在未来能源体系中将发挥不可替代的作用。但是，太阳能存在着间歇性、能量密度低、分布不均等缺陷，如何克服太阳能上述缺陷成为太阳能利用领域的关键科学问题。当前，太阳能光伏发电和光热发电是太阳能利用的主要方式，通过太阳能发出的绿色电力已成为我国主要的电力来源之一。但是，由太阳能发出的绿色电力不稳定，会对电网造成较大冲击，由此引发弃光弃电、太阳能电力用不完又送不出的突出问题。因此，多举措解决太阳能消纳难题迫在眉睫。近年来，通过氢电耦合技术为新能源电力发展提供保障已形成广泛共识。氢电耦合是指氢能和电能相互转换、高效协同的能源网络，在用电低谷时将清洁能源发出的电力制氢储存，在用电高峰时再通过燃料电池发电，将氢能转换为电能实现电网的削峰填谷。因此，氢电耦合可发挥氢能和电能的各自优势，极大地促进新能源的消纳，有效解决新型电力系统安全稳定运行的问题。着重学习和研究太阳能发电及氢电耦合技术，对于推动太阳能产业的发展、促进未来能源体系变革、实现“双碳”目标具有重要意义。
太阳能发电及氢电耦合技术的发展也存在一系列的风险和挑战，相关技术路线也正处在急剧发展、百花齐放的阶段。未来高层次的能源领域人才和太阳能发电制氢领域从业人员，亟需全面掌握太阳能发电及氢电耦合技术中的系统原理、关键设备、未来发展趋势等相关问题。因此，十分有必要出版一本介绍太阳能发电及氢电耦合技术的书籍，作为高等院校教材，并为研究机构以及企业工程技术人才培养提供参考资料。希望本书能为行业人才全面了解相关技术原理和发展动态奠定基础，从而为我国太阳能领域人才培养做出贡献。
本书系统地介绍了太阳能发电制氢技术的基础知识、核心原理、系统组成及未来发展方向。首先，本书梳理了太阳能发电制氢技术的发展简史，分析了太阳与太阳辐射的基本特征，详细阐述了太阳能发电制氢的基本方式，如光伏发电、光热发电和直接制氢技术，为读者理解该领域奠定了坚实的基础。本书详细探讨了太阳能光热发电和光伏发电的原理、系统组成及其关键部件，分析了其技术特点和性能优化方法。此外，本书还聚焦于太阳能发电系统的储能装置，系统介绍了多种储能方式（如热储能、电化学储能、氢储能等）及其设计与性能评估方法。在制氢技术方面，本书深入分析了太阳能发电制氢耦合系统的原理与应用，包括光伏-水解耦合制氢系统、热电联产-水解耦合制氢系统、风光互补多能耦合制氢系统以及光热电一体化制氢系统，并总结了其他先进的制氢技术及其未来发展趋势。在实际应用层面，本书还介绍了太阳能发电制氢微电网的技术特点、建模方法、运行控制策略及其优化设计方法，探讨了微电网在实际中的应用前景。此外，本书系统介绍了太阳能氢电耦合系统的能量管理技术与多维评价方法，包括能量管理系统的基本功能、数据收集与监控、能量调度与控制，以及经济性、环境影响和能量转换效率分析等，为系统的多目标优化与实际应用提供了全面的技术支持和理论依据。
本书主要特点如下：
（1）深度校企合作，瞄准“双碳”目标前沿
本书编写团队由湖南大学、上海交通大学、南京理工大学、晶科电力科技、国家电网等多家校企的太阳能领域专家学者组成，各个章节均包含理论基础和真实的企业案例，呈现从理论到工程的完整知识体系。另外，本书内容旨在面向新能源领域中最具前景的太阳能发电及氢电耦合技术，弥补已有教材或书籍的空白，从而为培养“双碳”创新人才做出贡献。
（2）定位“十四五”国家重点出版物，助力未来能源与动力人才培养
本书属于未来能源动力卓越工程师培养系列教材，本系列教材以湖南大学机械与运载工程学院未来能源与动力创新实验班为人才培养改革试点，实践以未来能源动力项目贯通教学链的校企深度融合新工科人才培养模式，旨在培养面向“双碳”目标的未来能源与动力拔尖创新人才。以此为指导，本书精心打造内容，清晰定位教学目标，打造高水平优质教材。
（3）设计教材内容，用教材服务思政
本书深入挖掘课程思政内涵，设计了“专业自信、文化自信、工匠精神、科学精神、家国情怀、责任担当、工程意识”等七个方面的思政学习体系，每一章均设计了与本章节学习内容相关的思政题材，构建“立品德、厚理论、重实践”三位一体的知识体系，让课程思政内容贯穿整书。
（4）建立多维教学支撑平台，为教材增值赋能
教学平台包括同步建设教材对应的“能源转化原理”“太阳能利用技术”“太阳能开发与利用新技术专论”等课程，并同步建设与纸质教材配套的教学课件、习题库、工程案例库、系统设计模型库等。长期积累的讲义、课件、工程案例融入了先进的教学理念、教学科研成果、工程应用案例等；工程案例库均来自工程实际，并结合教材内容进行编排，为提高学生的工程实践能力奠定基础。
本书由湖南大学陈敬炜、晶科电力科技股份有限公司弓传河和吴琼、南京理工大学李莎、国网陕西省电科院朱超、江西理工大学伊磊、上海交通大学刘单珂共同撰写。本书由陈敬炜担任主编，弓传河担任副主编，感谢湖南机油泵股份有限公司的大力支持，感谢湖南大学彭立新老师为本书的出版提供了大量建议和意见，感谢朱倩怡、张潇丹、刘雨昕、郭以琳、黄志明等同学为本书的排版和校稿提供帮助。
由于编者水平有限，书中难免存在不足或者疏漏之处，恳请广大读者批评指正，以便再版时修订。
编 者
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