本书是“高效电能变换应用丛书”之一。本书系统地介绍了
太阳能光伏
发电的基本原理、系统构成和实际应用。第1章主要综述光伏发电
技术的背景、意义和发展状况；第2、3章着重阐述光伏电池的基本理论和主要特性；第4章介绍光伏发电系统的种类、结构和原理；第5章讨论光伏发电系统的最大功率点跟踪原理和算法；第6、7章分别介绍光伏储能及其充放电模式和光伏水泵结构及其原理；第8章介绍光伏发电系统中的
电力电子装置；第9、10章分别为光伏发电系统的仿真和应用实例
分析。
本书可供从事太阳能光伏发电系统
设计、研究、
运行和管理等工作的专业科技人员、技术管理人员以及高等院校相关专业的教师与学生参考使用，也可作为
电气工程方面的研究生
教材使用。
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光伏电池的外特性31
2.3.1光谱响应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
第3章光伏阵列设计与应用43
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
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
第4章光伏发电系统73
4.1光伏发电系统的构成73
4.1.1光伏阵列结构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
4.3.2VSC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
5.3.1MPPT算法的原理117
5.3.2MPPT与CVT算法的比较117
5.3.3经典MPPT算法的稳态特性分析120
5.3.4MPPT算法的动态特性分析122
5.3.5改进的MPPT算法124
5.4现代最大功率点跟踪方法126
5.4.1干扰观测法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
6.5.1静态蓄电池模型和动态蓄电池模型162
6.5.2铅酸蓄电池的电路理想等效模型162
6.5.3Thevenin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
6.5.7PSPICE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光伏水泵速度闭环控制200
7.4.1变频调速原理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
81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光伏逆
变电路220
8.3.1逆变器及其分类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
91仿真软件平台233
911用于光伏发电系统仿真的软件综合比较233
912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
921光伏阵列物理机制的数学表达237
922基于物理机制的光伏阵列仿真模型239
923基于外特性的数学表达241
924基于外特性的光伏阵列模型242
925太阳光光照强度模型243
93光伏发电系统主电路和负载模型及实现244
931电力电子器件模型的选择245
932主电路模型248
933异步电机模型250
934机械负载模型253
94光伏发电系统控制模型及实现257
941子电路控制模型258
942
DLL方式的控制模块262
943其他方式的控制模型265
参考文献266
第10章光伏发电系统应用范例267
101太阳能路灯照明系统267
1011太阳能照明系统的组成267
1012充电效率的提高268
1013
高压钠灯
供电电路269
102光伏水泵系统271
1021光伏水泵系统构成271
1022光伏水泵系统主电路结构272
1023光伏水泵系统控制器与控制策略273
1024光伏水泵系统实验274
103光伏扬水与照明综合应用系统277
1031光伏扬水与照明综合应用系统简介277
1032光伏扬水与照明综合应用系统构成277
1033光伏扬水与照明综合应用系统测试280
104三相光伏并网系统280
1041三相光伏并网系统构成280
1042三相光伏并网系统控制策略282
1043三相光伏并网系统PWM方式283
1044三相光伏并网系统实验与分析284
105光伏发电系统电磁兼容性设计287
1051电磁兼容的相关概念288
1052光伏发电系统中的电磁干扰问题288
1053光伏发电系统的电磁兼容性设计289
1054电磁兼容测试分析292
参考文献29
