目录 1
第1章 概述 1
1.1 意义及背景 1
1.1.1 太阳能是化石能源的主要替代能源之一 1
1.1.2 太阳能是人类可利用的最直接的清洁能源之一 2
1.1.3 资源丰富的太阳能辐射 4
1.1.4 太阳能开发潜力 8
1.2 光伏发电现状及发展 9
1.2.1 光伏发电历史 9
1.2.2 光伏发电技术的现状与发展 10
1.2.3 存在的问题 14
1.2.4 前景与展望 15
参考文献 18
第2章 光伏电池及其特性 20
2.1 光伏电池的工作原理 20
2.1.1 半导体的物理基础 20
2.1.2 光伏电池的工作原理 24
2.1.3 光在纯净半导体中的吸收 26
2.2 硅型光伏电池的电特性 27
2.2.1 等效电路 27
2.2.2 光伏电池伏安特性曲线 28
2.2.3 输出功率和曲线因数 30
2.2.4 输出效率 30
2.3.1 光谱响应 31
2.3 光伏电池的外特性 31
2.3.2 温度特性和光照特性 32
2.3.3 负载特性 34
2.4 光伏电池的结构和分类 35
2.4.1 硅型光伏电池结构 35
2.4.2 光伏电池的组态分类 36
2.4.3 光伏电池的发展进程 38
2.4.4 现代光伏电池发展趋向 39
参考文献 42
3.1 光伏电池的利用率分析及计算 43
3.1.1 与太阳能相关的物理量 43
第3章 光伏阵列设计与应用 43
3.1.2 日照时间和太阳位置的计算 48
3.2 光伏阵列性能分析 57
3.2.1 光伏阵列的组成 57
3.2.2 光伏阵列的数学模型 60
3.2.3 光伏阵列的性能测试 63
3.3 光伏阵列的设计 67
3.3.1 设计原则和思路 67
3.3.2 光伏阵列尺寸的估算 69
3.4 光伏阵列的典型应用 71
参考文献 72
4.1 光伏发电系统的构成 73
4.1.1 光伏阵列结构 73
第4章 光伏发电系统 73
4.1.2 电缆 80
4.1.3 负载特性 80
4.1.4 变换器 83
4.1.5 光伏发电系统分类 83
4.2 独立光伏发电系统 84
4.2.1 户用光伏系统 85
4.2.2 独立光伏电站 85
4.2.3 风力、光伏和柴油发电机一体化互补发电 91
4.3 光伏并网系统 95
4.3.1 光伏并网系统描述 95
4.3.2 VSC与PCC直流输电逆变区别 96
4.3.3 光伏逆变器电流源并网 97
4.3.4 光伏逆变器电压源并网 98
4.3.5 并网控制方法与策略 100
4.3.6 光伏并网系统的保护和孤岛问题 102
4.4 能量管理 104
4.4.1 负荷调控 104
4.4.2 光伏照明系统的能量管理 105
4.4.3 光伏照明与扬水综合系统的能量管理 106
参考文献 107
第5章 光伏阵列最大功率点跟踪 109
5.1 光伏阵列输出特性 109
5.1.1 硅光伏电池的理想电路模型 109
5.1.2 光伏阵列输出伏安特性 111
5.1.3 影响光伏阵列输出特性的因素 113
5.2 恒电压控制 115
5.2.1 恒电压控制的原理与实现 115
5.2.2 恒电压控制的不足 116
5.2.3 改进的CVT算法 116
5.3 最大功率点跟踪控制 117
5.3.1 MPPT算法的原理 117
5.3.2 MPPT与CVT算法的比较 117
5.3.3 经典MPPT算法的稳态特性分析 120
5.3.4 MPPT算法的动态特性分析 122
5.3.5 改进的MPPT算法 124
5.4.1 干扰观测法 126
5.4 现代最大功率点跟踪方法 126
5.4.2 电导增量法 127
5.4.3 模糊逻辑控制 129
5.4.4 其他MPPT方法 130
5.5 光伏并网系统拓扑与MPPT技术 131
参考文献 134
第6章 光伏储能及其充放电模式 137
6.1 蓄电池基本概念与特性 137
6.1.1 蓄电池的基本概念 137
6.1.2 蓄电池主要参数 138
6.1.3 蓄电池基本特性 142
6.2 蓄电池种类及其工作原理 145
6.2.1 酸性蓄电池结构及原理 145
6.2.2 碱性蓄电池结构与原理 146
6.2.3 其他在光伏发电系统中采用的蓄电池 147
6.3 铅酸蓄电池充放电特性 152
6.3.1 铅酸蓄电池充放电原理 152
6.3.2 充放电中电流规律 153
6.3.3 充放电中的极化过程 154
6.4 蓄电池充放电控制 156
6.4.1 蓄电池的充电控制方法 157
6.4.2 充电控制的实现 159
6.4.3 蓄电池充电过程中常见的几个问题 159
6.5 铅酸蓄电池充放电等效电路 161
6.5.2 铅酸蓄电池的电路理想等效模型 162
6.5.1 静态蓄电池模型和动态蓄电池模型 162
6.5.3 Thevenin蓄电池等效模型 163
6.5.4 改进蓄电池等效模型 163
6.5.5 一阶线性模型 163
6.5.6 四阶动态模型 164
6.5.7 PSPICE仿真等效模型 165
6.5.8 优化蓄电池动态模型 166
6.5.9 铅酸蓄电池的其他等效模型 167
6.5.10 光伏发电系统中蓄电池模型的分析与比较 169
参考文献 170
第7章 光伏水泵 172
7.1 光伏水泵结构与原理 172
7.1.1 基本概念 172
7.1.2 泵的结构与原理 174
7.1.3 日照及其运行条件 177
7.1.4 流量与水压关系 181
7.2 光伏水泵电机 181
7.2.1 变频调速电机基本原理 182
7.2.2 主要设计概念 184
7.2.3 转子槽优化设计 186
7.3 光伏水泵优化设计 195
7.3.1 总体设计原则 195
7.3.2 一体化结构 196
7.3.3 水泵流量和扬程与电机功率匹配 196
7.3.4 水泵速度与电机输出功率 197
7.3.5 优化设计实例 198
7.4.1 变频调速原理 200
7.4 光伏水泵速度闭环控制 200
7.4.2 其他调速类型及效率 201
7.4.3 光伏水泵系统应用实例 202
参考文献 202
第8章 光伏发电系统中的电力电子变换电路及其控制 203
8.1 光伏直流变换电路 203
8.1.1 直流斩波器 203
8.1.2 开关电源型DC/DC变换器 208
8.2 光伏发电系统中的蓄电池充放电控制器 212
8.2.1 充电控制器 212
8.2.2 放电控制器 218
8.3.1 逆变器及其分类 220
8.3 光伏逆变电路 220
8.3.2 复杂逆变电路 223
8.4 光伏并网发电系统 227
参考文献 231
第9章 光伏发电系统仿真 233
9.1 仿真软件平台 233
9.1.1 用于光伏发电系统仿真的软件综合比较 233
9.1.2 选用的光伏发电系统仿真平台介绍 234
9.2 光伏电池特性数学表达以及仿真模型 237
9.2.1 光伏阵列物理机制的数学表达 237
9.2.2 基于物理机制的光伏阵列仿真模型 239
9.2.3 基于外特性的数学表达 241
9.2.4 基于外特性的光伏阵列模型 242
9.2.5 太阳光光照强度模型 243
9.3 光伏发电系统主电路和负载模型及实现 244
9.3.1 电力电子器件模型的选择 245
9.3.2 主电路模型 248
9.3.3 异步电机模型 250
9.3.4 机械负载模型 253
9.4 光伏发电系统控制模型及实现 257
9.4.1 子电路控制模型 258
9.4.2 DLL方式的控制模块 262
9.4.3 其他方式的控制模型 265
参考文献 266
10.1.1 太阳能照明系统的组成 267
第10章 光伏发电系统应用范例 267
10.1 太阳能路灯照明系统 267
10.1.2 充电效率的提高 268
10.1.3 高压钠灯供电电路 269
10.2 光伏水泵系统 271
10.2.1 光伏水泵系统构成 271
10.2.2 光伏水泵系统主电路结构 272
10.2.3 光伏水泵系统控制器与控制策略 273
10.2.4 光伏水泵系统实验 274
10.3 光伏扬水与照明综合应用系统 277
10.3.1 光伏扬水与照明综合应用系统简介 277
10.3.2 光伏扬水与照明综合应用系统构成 277
10.4.1 三相光伏并网系统构成 280
10.3.3 光伏扬水与照明综合应用系统测试 280
10.4 三相光伏并网系统 280
10.4.2 三相光伏并网系统控制策略 282
10.4.3 三相光伏并网系统PWM方式 283
10.4.4 三相光伏并网系统实验与分析 284
10.5 光伏发电系统电磁兼容性设计 287
10.5.1 电磁兼容的相关概念 288
10.5.2 光伏发电系统中的电磁干扰问题 288
10.5.3 光伏发电系统的电磁兼容性设计 289
10.5.4 电磁兼容测试分析 292
参考文献 293