《可再生能源系統設計》一書的目的是為讀者全面提供可再生能源領域的基礎知識，使讀者對該領域的現狀和未來發展趨勢有所了解。《可再生能源系統設計》共分為5章。第1章介紹了可再生能源的重要性以及影響可再生能源發展的因素。第2章和第3章介紹了光伏發電和風力發電系統這兩種目前應用為廣泛的可再生能源系統，并以較為詳細的篇幅介紹了各自系統的設計與分析。第4章主要介紹了在可再生能源系統中占有重要地位的儲能系統，對蓄電池、燃料電池、飛輪儲能、超級電容器、超導儲能、抽水儲能和壓縮空氣儲能進行了討論。第5章主要介紹了新型的可再生能源，包括海水溫差發電、潮汐能發電、波浪能發電、生物質能發電、地熱能發電、太陽熱能發電和衛星發電等內容。
適讀人群 ：從事可再生能源系統設計和應用的工程師，電氣或機械工程專業高年級本科生或低年級研究生
化石燃料的局限性正促使科學家和工程師尋找能夠滿足未來能源需求的替代能源。《可再生能源系統設計》一書為可再生能源系統的設計和運行提供了重要參考。本書作者Ziyad Salameh博士在可再生能源領域擁有超過30年的教學、研究和設計經驗。本書為讀者提供了光伏、風能和風光混合系統的基礎知識，探討了可再生能源儲能裝置，重點是蓄電池和燃料電池，以及包括生物質能、地熱能和潮汐能等在內的新興可再生能源技術。《可再生能源系統設計》為工程師和學生提供了流行的可再生能源系統的特點、運行原理和應用潛力，是一本全面而實用的指導書。
《可再生能源系統設計》的主要特點包括：
1）用圖表和示例來說明和演示太陽能、風能、風光混合動力和新興可再生能源系統的設計和運行原理；
2）利用案例研究幫助工程師預見并克服常見的設計挑戰；
3）探討可再生能源儲存方式，特別是蓄電池、燃料電池和新興可再生能源儲能技術。
《可再生能源系統設計》內容豐富，讀者可根據具體從事的專業對部分章節予以取舍。
原書前言
近年來，世界對于能源的需求總量不斷增長，但地球上的化石燃料儲量是有限的，終有一天將難以為繼。能源對于工業發展和人類生活都至關重要。對化石燃料枯竭的憂慮促使科學家和工程師們不斷尋找可滿足未來需求的替代能源。人們逐漸意識到，這種能源必須是可持續供應的，可再生的，而且是無污染的。本書的主要內容就是對這些新型能源進行介紹。
《可再生能源系統設計》是以電氣或機械工程專業高年級本科生或低年級研究生為對象的課程教材。此外，本書還可為從事可再生能源系統設計和應用的工程師提供參考。本書要求的先修課程包括基本電路、物理、化學和數學等工程類本科生必修的課程。本書內容可供一個學期的課堂講授。
《可再生能源系統設計》的目的是為讀者全面提供可再生能源領域的知識，并使其對該領域的現狀和未來發展趨勢有所了解。本著實用的原則，可再生能源相關的概念在本書中都有相應深度的介紹。讀者一旦學習了本書內容，即可考慮將所學應用至實際生活中。
《可再生能源系統設計》共分為5章。第1章介紹了可再生能源的重要性。第2章和第3章介紹了光伏發電和風力發電這兩種目前應用最為廣泛的可再生能源發電技術，并以較為詳細的篇幅介紹了其設計與分析。
第4章主要介紹了在可再生能源系統中占有重要地位的儲能系統，對蓄電池、燃料電池、飛輪儲能、超級電容器、超導儲能、抽水儲能和壓縮空氣儲能進行了討論。第5章主要介紹了新型的可再生能源，包括海水溫差發電、潮汐能發電、波浪能發電、生物質能發電、地熱能發電、太陽熱能發電和衛星發電。
Ziyad Salameh博士是馬薩諸塞州立大學洛厄爾分校電子與計算機工程系教授，前系主任。他也是該校電動汽車和能源轉換中心主任。在過去的30年里，他的研究重點是電力電子、電池的開發和測試、電動汽車、風光混合發電系統、超級電容器和燃料電池的測試。他定期教授可再生能源系統的研究生課程。他是IEEE終身高級會員，并被授予2015年IEEE電力與能源協會Ramakumar Family可再生能源卓越獎。
目錄
譯者序
原書前言
第1章促進可再生能源發展的因素1
1.1引言1
1.2美國和全球發電耗能2
1.3影響可再生能源使用的因素4
1.3.1高油價的影響4
1.3.2化石燃料對可再生能源的影響10
1.4全球變暖和可再生能源使用17
1.4.1全球變暖概覽20
1.4.2全球變暖和海平面上升21
1.4.3其他關于全球變暖的憂慮22
1.4.4遏制全球變暖的措施23
1.5結論24
參考文獻24
第2章光伏發電26
2.1引言26
2.2太陽輻射特征27
2.2.1太陽常數27
2.2.2太陽輻射的日變化和季節變化27
2.2.3陽光直射和漫射27
2.2.4大氣質量27
2.2.5峰值日照時數29
2.3光伏轉換31
2.3.1原子數31
2.3.2光伏電池的性質和特征：p-n結33
2.4光伏電池、模塊、面板和陣列的性能評估35
2.4.1伏安特性35
2.4.2功率-電壓特性36
2.4.3光伏模塊的最大功率點36
2.4.4電阻負載對工作點的影響37
2.4.5光伏電池的等效電路39
2.4.6開路電壓和短路電流41
2.4.7噴氣推進實驗室模型41
2.5光伏器件的連接43
2.5.1光伏器件的串聯43
2.5.2光伏器件的并聯44
2.5.3阻流二極管45
2.5.4旁路二極管46
2.5.5光伏電池面板朝向46
2.6光伏陣列的優化47
2.6.1簡介47
2.6.2阻抗匹配方法48
2.6.3電池儲能方法49
2.6.4太陽能聚光方法49
2.6.5太陽跟蹤控制方法51
2.6.6電動光伏陣列重構方法52
2.6.7最大功率點跟蹤方法54
2.7光伏系統58
2.7.1光伏系統的分類58
2.7.2光伏系統的組成60
2.7.3帶電池儲能的獨立光伏系統設計64
2.8光伏技術的應用69
2.8.1太陽能發電的演變歷史69
2.8.2便攜式面板和發電裝置73
2.8.3使用光伏發電的家庭和偏遠村莊74
2.8.4集中式光伏電站77
2.8.5前景展望77
2.9并網光伏發電系統的問題和需求78
2.9.1簡介78
2.9.2電力公司和可再生能源客戶的交互79
習題82
參考文獻84
第3章風力發電系統86
3.1引言86
3.2風的特性90
3.2.1平均風速90
3.2.2風速-持續時間曲線及其隨高度的變化90
3.2.3風速隨時間和方向的變化92
3.2.4風玫瑰圖92
3.2.5風切變和陣風93
3.2.6風速分布及其概率函數94
3.3風力發電機的空氣動力學理論96
3.4風力功率曲線97
3.5風力發電系統的基本組成101
3.5.1風力發電機的類型104
3.5.2水平軸和垂直軸風力發電機的對比109
3.5.3逆風型和順風型風力發電機110
3.5.4大型與小型風力發電機的對比110
3.5.5風力發電機111
3.6風力發電系統發電方案118
3.6.1恒速恒頻方案118
3.6.2近恒速恒頻方案118
3.6.3變速恒頻方案119
3.6.4變速變頻方案120
3.7風力發電系統的選址和定容120
3.8風力發電機選址匹配123
3.9風力發電系統的應用124
3.9.1獨立運行124
3.9.2小規模應用124
3.9.3中等規模應用128
3.9.4并網風力發電系統129
3.9.5風電場131
3.10風力發電在電網系統中的地位134
3.11風力發電系統的前景展望137
3.12風光混合發電系統144
3.12.1概述144
3.12.2HWPS的優點145
習題147
參考文獻150
第4章儲能系統153
4.1電池技術153
4.1.1簡介153
4.1.2電池結構與工作原理156
4.1.3應用159
4.1.4用于儲能的電池類型159
4.2燃料電池171
4.2.1簡介171
4.2.2燃料電池組成部分和運行172
4.2.3燃料電池的類型173
4.2.4主要類型燃料電池的對比181
4.2.5燃料電池的效率182
4.2.6燃料電池的應用182
4.2.7燃料電池的未來展望186
4.2.8重整裝置187
4.2.9儲氫192
4.3壓縮空氣儲能193
4.3.1簡介194
4.3.2壓縮空氣儲能系統的組成194
4.3.3壓縮空氣儲能系統的運行195
4.3.4在燃氣發電廠中使用壓縮空氣儲能系統195
4.3.5壓縮空氣儲能系統的優缺點196
4.3.6世界各地的壓縮空氣儲能系統196
4.3.7壓縮空氣儲能系統中的能量儲存198
4.3.8未來的壓縮空氣儲能系統和其建造計劃200
4.4飛輪儲能200
4.4.1工作原理201
4.4.2飛輪的基本組成部分201
4.4.3飛輪的運行204
4.4.4能量儲存204
4.4.5安裝205
4.4.6飛輪儲能系統的優缺點206
4.4.7與其他儲能系統的對比207
4.4.8實際應用207
4.5水力發電208
4.5.1簡介208
4.5.2水力發電主要組成部分和工作原理210
4.5.3水輪機類型211
4.5.4抽水儲能系統的原理212
4.6超級電容器213
4.6.1超級電容器的結構、特點和運行213
4.6.2超級電容器的優缺點215
4.6.3超級電容器和其他儲能技術的差異216
4.6.4超級電容器的應用217
4.6.5超級電容器的其他應用218
4.7超導儲能218
4.7.1簡介218
4.7.2超導的歷史219
4.7.3超導儲能系統的組成和運行219
4.7.4超導儲能系統中儲存的能量220
4.7.5超導儲能的應用221
4.7.6超導儲能系統的優缺點和未來222
習題223
參考文獻223
第5章新型可再生能源226
5.1海洋溫差發電226
5.1.1簡介226
5.1.2海洋溫差發電方案226
5.1.3功率和效率計算227
5.1.4陸基和海基海洋溫差發電廠229
5.1.5海洋溫差發電的優缺點231
5.1.6海洋溫差發電的未來232
5.2潮汐能232
5.2.1潮汐的背景232
5.2.2潮汐周期、大小和輸出功率計算233
5.2.3潮汐發電系統234
5.3波浪發電系統240
5.3.1波浪發電原理240
5.3.2波浪發電系統的類型241
5.4地熱能源系統247
5.4.1簡介247
5.4.2地熱資源248
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