太陽能光伏發電系統及其應用（第3版）

本書以從事太陽能光伏發電系統設計、開發與應用工程技術人員為讀者對象，著重討論了太陽能光伏系統及其應用技術，將光伏發電技術基礎知識、光伏發電系統類型及工作原理、光伏電池與陣列、儲能裝置、光伏發電系統中的電能變換技術、光伏發電系統的控制與管理、光伏發電系統設計、光伏電站的建設與運行維護有機結合，以供讀者在實際工作中參考。
本書通俗易懂，注重科學性、針對性和實用性的有機結合，可作為高等院校能源與動力工程等相關專業教材和教學參考用書，是從事太陽能光伏發電系統設計、開發與應用工程技術人員的必備讀物。

楊貴恒，陸軍工程大學副教授，長期從事通信電源（內燃發電機組、高頻開關電源、UPS、化學電源、通信電源系統）、新能源（太陽能）發電、電氣安全以及噪聲控制等方面的教學與科研工作。獲?。ú浚┘壙萍歼M步成果一等獎1項，二等獎1項，三等獎3項；重慶市電教成果二等獎1項；?。ú浚┘壘氛n程2門；出版專著及教材共40余部，其中三本書榮獲中國石油和化學工業優秀出版物獎（圖書獎）；發表學術論文30余篇。

進入21世紀，人類社會正面臨著化石燃料短缺和生態環境污染的局面，廉價的石油時代即將結束，逐步改變能源消費結構，大力發展可再生能源，走可持續發展的道路，已成為世界各國政府的共識。
由于太陽能光伏發電具有獨特的優點，其應用與普及越來越受到人們的重視。我國的太陽能資源十分豐富，為太陽能的利用創造了有利的自然條件，使其近年來得到了飛速發展。我國太陽能電池的產量平均年增長率在40%以上，已成為發展迅速的高新技術產業之一，其應用規模和領域也在不斷擴大，從原來只在偏遠無電地區和特殊用電場合使用，發展到城市并網系統和大型光伏電站。盡管目前太陽能光伏發電在能源結構中所占的比例不大，但是隨著社會的發展和技術的進步，其份額將會逐年增加。有關專家預測，到21世紀中葉，太陽能光伏發電將成為世界能源供應的主體，一個光輝燦爛的太陽能時代即將到來。
本書共分為8章來討論太陽能光伏發電系統及其應用技術。第1章介紹了太陽的物理特性、太陽輻射的性質、我國的太陽能資源分布與利用形式、分布式能源與光伏發電以及光伏產業的現狀與發展趨勢；第2章介紹了各種太陽能光伏發電系統的工作原理；第3章至第7章重點討論了太陽能光伏發電系統中的核心部件及其相關技術，即太陽能光伏電池與陣列、儲能裝置、光伏發電系統中的電能變換技術、光伏發電系統的控制與管理、光伏發電系統的設計等；最后一章簡要介紹了光伏電站的建設與運行維護。
本書通俗易懂，注重科學性、針對性和實用性的有機結合，可作為高等院校能源與動力工程等相關專業教材和教學參考用書，是從事太陽能光伏發電系統設計、開發與應用工程技術人員的必備讀物。本書作為太陽能光伏發電系統經典教材與科技圖書，暢銷十余年，多所高等院校相關專業選用此書作為教材。本次再版上市，內容更全、技術更新、實用性更強。
本書由楊貴恒（陸軍工程大學）主編，張黎（廣東白云學院）、聶金銅、劉凡、趙英和張楊?。ㄎ鞅焙思夹g研究所）為副主編，張春富（鹽城工學院）、李天福（常熟理工學院）、強生澤、楊興旺（61035部隊）和黃廷帆參編。在編寫過程中，李光蘭、溫中珍、楊楚渝、楊勝、汪二亮、楊蕾、楊沙沙、楊洪、溫廷文、楊昆明、楊新和鄧紅梅等做了大量的資料搜集與整理工作，在此表示衷心感謝。
由于太陽能光伏發電技術所涉及的知識面廣，相關技術發展迅猛，再加之編者的水平和經驗有限，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者

第1章緒論
1.1太陽及太陽能概述1
1.1.1太陽的物理特性1
1.1.2太陽能輻射與吸收3
1.1.3日地運動4
1.1.4天球坐標5
1.1.5我國的太陽能資源7
1.1.6太陽能利用的基本形式9
1.2分布式能源與光伏發電11
1.2.1分布式能源定義11
1.2.2分布式能源特點11
1.2.3分布式能源發展趨勢13
1.2.4分布式光伏13
1.3光伏產業現狀與發展趨勢15
1.3.1中國光伏產業現狀15
1.3.2光伏產業發展趨勢18
1.3.3光伏產業面臨的挑戰25

第2章光伏發電系統的類型
2.1離網光伏發電系統27
2.1.1直流負載直結型系統27
2.1.2直流負載蓄電池使用型系統27
2.1.3交流負載蓄電池使用型系統28
2.1.4直、交流負載蓄電池使用型系統28
2.2并網光伏發電系統29
2.2.1無逆流并網系統29
2.2.2有逆流并網系統30
2.2.3切換式并網系統30
2.2.4自立運行切換型太陽能光伏系統31
2.2.5地域并網型太陽能光伏系統31
2.2.6直流并網光伏發電系統33
2.2.7交流并網光伏發電系統35
2.3光伏儲能發電系統37
2.3.1并離網儲能系統37
2.3.2光伏并網儲能系統39
2.3.3微電網系統39
2.4互補型光伏發電系統40
2.4.1風光（風-光-柴）互補型發電系統40
2.4.2太陽能光、熱互補型發電系統43
2.4.3太陽能光伏、燃料電池互補型發電系統43
2.4.4小規模新能源電力系統43

第3章光伏電池與陣列
3.1太陽能光伏電池及其工作原理45
3.1.1半導體基礎知識45
3.1.2光生伏打效應52
3.1.3太陽能光伏電池工作過程53
3.1.4太陽能光伏電池的基本結構54
3.2太陽能光伏電池的基本特性56
3.2.1等效模型56
3.2.2伏安特性參數58
3.2.3影響太陽能光伏電池輸出特性的主要因素59
3.2.4影響太陽能光伏電池轉換效率的因素62
3.3太陽能光伏電池的類型、制造工藝及其發展趨勢64
3.3.1太陽能光伏電池的類型65
3.3.2太陽能光伏電池的制造工藝67
3.3.3太陽能光伏電池技術發展趨勢70
3.4太陽能光伏電池組件與陣列75
3.4.1太陽能光伏電池組件75
3.4.2太陽能光伏電池陣列82
3.4.3太陽能光伏電池組件與陣列的性能86

第4章儲能裝置4.1概述90
4.1.1儲能系統組成90
4.1.2電化學儲能分類90
4.1.3儲能系統功能91
4.2鉛酸蓄電池的構造92
4.2.1電極92
4.2.2電解液93
4.2.3隔板（膜）95
4.2.4電池槽96
4.2.5排氣栓97
4.2.6附件98
4.2.7裝配方式98
4.3鉛酸蓄電池的工作原理99
4.3.1放電過程100
4.3.2充電過程100
4.3.3閥控式密封鉛酸蓄電池的密封原理101
4.4鉛酸蓄電池的性能103
4.4.1內阻103
4.4.2電動勢105
4.4.3開路電壓106
4.4.4端電壓107
4.4.5容量110
4.4.6自放電115
4.4.7壽命特性120
4.5其他儲能裝置簡介121
4.5.1鋰離子電池121
4.5.2鈉離子電池128
4.5.3液流電池131

第5章光伏發電系統中的電能變換技術
5.1光伏發電系統對電能變換的要求134
5.1.1具備最大功率點跟蹤功能134
5.1.2提高變換效率135
5.1.3綠色無污染135
5.1.4能量管理135
5.2直流-直流變換技術135
5.2.1直流-直流變換基本原理135
5.2.2非隔離型直流變換器137
5.2.3隔離型直流變換器148
5.2.4直流-直流變換器的控制與驅動165
5.3直流-交流變換技術168
5.3.1單相逆變電路168
5.3.2三相橋式逆變電路171
5.3.3新型逆變電路176
5.3.4逆變控制技術181
5.4雙向DC/DC變換器189
5.4.1半橋型雙向DC/DC變換器189
5.4.2雙有源橋式DC/DC變換器191

第6章光伏發電系統的控制與管理
6.1最大功率點跟蹤196
6.1.1MPPT基本原理196
6.1.2恒定電壓法198
6.1.3干擾觀測法199
6.1.4三點重心比較法199
6.1.5電導增量法200
6.1.6其他MPPT方法202
6.2蓄電池的充放電控制與管理203
6.2.1獨立光伏發電系統能流模型203
6.2.2蓄電池的充電方法204
6.2.3蓄電池的全浮充運行方式208
6.2.4蓄電池充放電管理210
6.3光伏并網逆變器及其控制211
6.3.1并網逆變器數學模型211
6.3.2并網逆變器電流控制方法213
6.3.3并網逆變器并聯控制技術217
6.4孤島效應及其檢測222
6.4.1孤島效應及其危害222
6.4.2孤島產生的條件及其檢測標準223
6.4.3孤島檢測方法226
6.5低電壓穿越技術232
6.5.1低電壓穿越定義232
6.5.2低電壓穿越標準233
6.5.3電壓跌落故障分析234
6.5.4電壓跌落的影響236
6.5.5低電壓穿越方法237
6.5.6電壓跌落檢測238
6.5.7輸出控制方案239
6.6虛擬同步并網控制240
6.6.1同步發電機模型240
6.6.2虛擬同步發電機模型241
6.6.3光伏虛擬同步發電機系統分類242
6.6.4儲能型虛擬同步發電機控制策略243
6.6.5有功備用式光伏虛擬同步發電機245

第7章光伏發電系統設計
7.1獨立光伏系統的容量設計248
7.1.1設計流程248
7.1.2光伏陣列的容量設計249
7.1.3蓄電池的容量設計253
7.1.4計算實例254
7.1.5系統容量的快速設計255
7.1.6系統容量設計重點255
7.2獨立光伏系統的優化設計257
7.2.1均衡性負載257
7.2.2季節性負載263
7.2.3特殊要求負載265
7.3并網光伏系統設計266
7.3.1光伏組件串并聯設計266
7.3.2光伏系統發電量計算269
7.3.3組件超配設計270
7.4光伏逆變器選型272
7.4.1光伏逆變器分類272
7.4.2逆變器技術指標274
7.4.3逆變器配置策略278
7.5接入系統設計281
7.5.1接入系統設計規范281
7.5.2分布式光伏接入系統方案284
7.6光伏發電系統的硬件設計287
7.6.1電氣、機械結構與熱環境設計287
7.6.2輔助設備的選配288
7.6.3設備安裝布置設計289
7.6.4配線設計290
7.6.5過流保護設計296
7.6.6防雷系統設計297
7.6.7接地系統設計301
7.6.8系統硬件設計重點302

第8章光伏電站的建設與運行維護
8.1光伏電站的工程施工304
8.1.1施工準備304
8.1.2基礎建設305
8.1.3太陽能電池方陣的安裝308
8.1.4蓄電池及其附件的安裝315
8.1.5控制器和逆變器的安裝317
8.1.6光伏系統的布線318
8.1.7防雷接地系統的安裝320
8.1.8光伏電站的調試320
8.1.9配套圖紙資料321
8.2光伏電站的檢測322
8.2.1絕緣電阻的檢測322
8.2.2絕緣耐壓的檢測325
8.2.3接地電阻的檢測325
8.2.4光伏電池陣列輸出功率的檢測325
8.2.5并網保護裝置的檢測327
8.3光伏電站的運行與維護327
8.3.1光伏發電運維管理327
8.3.2設備運行維護329
8.3.3安全措施與規范336
8.3.4人員業務技能338
8.3.5應急處理機制339
8.3.6智能運維340
8.4光伏電站設備檢修342
8.4.1分布式光伏系統設備檢修規范342
8.4.2系統的預防性維修343
8.4.3常規故障檢修343
8.4.4設備巡視檢查規定346
8.4.5故障檢修實例：巧用萬用表檢修布線故障348

參考文獻