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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