2.1 直流电的特征
直流电（DC）是电流的一种形式，直流电电流始终在同一方向上运动。这不同于交流电（AC），交流电电流经常改变方向（交流电的解释见第5章）。
定义
直流电（DC）是电流始终在同一方向上运动的电流。
直流电从高电势点流向低电势点，从源的正端子流向负端子，仅在一个方向上流动，并且只有在故障情况下会流经地面。本节涵盖电压、电流、电阻、欧姆定律、功率和能量的基础知识。
2.1.1 电压
缺乏电子（正电荷）或过量电子（负电荷）会导致物质带电荷。当电子分布相等时，该物质将是电中性的。
改变电子平衡会产生电势差，电势差可用于电路进行工作（图2.2）。要改变电子平衡，需对物质施加能量。这可能就像通过摩擦一片塑料产生静电荷一样简单，或者也可以是储存在电池中产生正负极性的化学能。
图2.2 电子从充电状态到放电状态的运动
定义
电压是两个点之间的电势差。
电压测量单位为伏特（V）。
伏特（V）是测量在两个点之间移动单位电荷所需要的功的单位。一个单位电荷（6.27×1018个电子）称为1库仑（C），当在两个点之间移动1库仑电荷需要1焦耳（J）能量时，两点之间有1伏特的电势差。电压是两个点之间的电势差。
电势差的标准符号为V，同时用于电压发生源（例如光伏电池）和无源元件（例如电阻器）上的电压降。
2.1.2 电流
当电势差使电荷在两个点之间运动时，运动电荷被称为电流。这种电子流的测量单位为安培（A，也称amps）。当1库仑在1秒内流过某个给定点时，称为1安培电流。电流符号为I（代表强度），是电子流浓度或强度的量度。
图2.3 电子流从负极端子流向正极端子
所有电子以相同的速度运动，只有数量发生变化。因此，如果电势差翻倍，则电子数量翻倍，但它们的运动速度却不变。
电子从负极端子流向正极端子。但常规电流的流向却相反，沿着正电荷的等效路径，即从正极端子流向负极端子（图2.3）。从负到正的电流（电子流）等于从正到负的正电荷流（常规电流）。常规电流通常用来解释电气、电子设备及电路的操作。
定义
电流是电荷的运动，测量单位为安倍（A）。
常规电流是从正到负的“流”，与电子流相反。“常规电流”的使用将贯穿整本书。
图2.4 电路中的电阻阻碍电流的流动
然而，常规电流被理解为是从正极端子流向负极端子。
2.1.3 电阻
载流导体始终会对电流提供一定量的阻力（图2.4）。该阻力被称为电阻，它限制了能够流过导体的电流的量。电阻符号为R，用于测量电阻的单位是欧姆，用希腊字母Ω表示。
定义
电阻是电流的阻力，测量单位为欧姆（Ω）。
每种材料都具有特性电阻，这是给定温度下的固定值。材料可通过其电流阻力分类。
（1）导体。具有低电阻，电流可在很小的阻力下流过的材料。导体实例有铝、铜和银。这些导体实例按照电阻递减但成本递增的顺序列出（银是列表中最好的导体，但也是最贵的）。
（2）绝缘体。具有高电阻，电流不容易流动的材料。绝缘体实例有玻璃、橡胶等。
（3）半导体。既不是导体也不是绝缘体，但表现出两者的特性的材料。半导体的电阻取决于材料中存在的杂质。半导体实例有硅、锗和碳。关于半导体在光伏电池中的使用，在第4章进行了进一步说明。
2.1.4 欧姆定律
电流（I）、电压（V）与电阻（R）之间有直接关系。这些关系用欧姆定律表示为
上式可重新排列为
在这些公式中，给出任何两个已知参数，就可以计算第三未知参数。
欧姆定律在电路中的工作原理就像水流过管道。电压（电势差）可看作是作用于水的压力，电流可看作是水的流速，阻力则是管道尺寸。如果管道一端的压力与另一端的压力不相同（即电势差），则水会流向低压端（遵循阻力最小的路径）。增大的压力差（电压）将增加水流量（电流）。减小管道尺寸会抑制水流，就像增加电阻会抑制电流一样。
2.1.5 功率
功率是电能传输的速率。电功率的单位是瓦特（W）。1瓦特功率（1焦耳/秒）等于1伏特（V）电势差在移动1库仑（C）电荷时1秒内所做的功。由于1库伦/秒是1安培（A），由此可知，功率等于电压与电流的乘积。
定义
功率是电能传输的速率。
功率的计量单位为瓦特（W），计算为
电流流过电缆时会有阻力。传输的一些电能被转化成热能，并作为热量耗散（也被称为焦耳加热）。该等式为
这些公式后面将用于确定光伏系统上元件的尺寸。
2.1.6 能量
能量是传输电功的量，是功率（P）与时间（t）的乘积，其中功率是电能传输的速率，单位为瓦特，时间的计量单位为小时。
定义
能量为传输电功的量，是功率与时间的乘积。
能量的计量单位为瓦特·小时（W·h）计算为
实例
（1）灯泡消耗能量的速率为60W。如果灯泡点亮12h，会消耗多少能量？功率为60W，时间为12h。因此，该灯泡会消耗：
（2）一个30W的灯泡亮了24h。功率为30W，时间为24h。因此，该灯泡会消耗：
可见，两个例子中所消耗的总能量是相同的。即使第二个灯泡的电力消耗速率（功率）只有第一个的1/2，但它用了2倍的时间。因此，这两种情况的能耗是相同的。
功率和能量之间的差异性是一个重要概念，因为能量消耗是确定给定期限内可再生能源系统输出的基础。能量计算稍后将用于本书中，评估1天或1年内的生活能源负荷和设计一个满足该负责生活需求的系统。
要说明能源和功率的概念，设想能量以距离计量，功率以速度计量。因此，对于该比喻，能量的计量单位为km，功率的计量单位为km/h。如果汽车要行驶50km，它需要50km等效能量。如果汽车在1h内行驶该距离，所需功率为50km/h。如果在半小时内行驶相同距离，消耗的能量（行驶距离）是相同的（50km），但其功率（该距离内的速率）增加了1倍（100km/h）。然而，如果汽车在2h内行驶100km，能量翻倍（100km），但功率保持不变（50km/h）。