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第1章 概论1

1.1 光伏技术的基本原理1

1.2 光伏技术的国内外发展历程3

1.2.1 光伏技术的几个主要发展阶段4

1.2.2 光伏技术在我国的发展4

1.2.3 光伏技术未来的发展趋势5

1.3 光伏发电系统6

1.3.1 独立光伏发电系统6

1.3.2 并网光伏发电系统7

1.4 太阳能光伏发电系统仿真技术的发展7

1.4.1 PVSS8

1.4.2 Solcel8

1.4.3 PVForm8

1.4.4 PVSIM9

1.4.5 PVDesignPro9

1.4.6 Solar Advisor Model （SAM）10

1.4.7 PVWatts11

1.4.8 PVSYST11

1.4.9 PV F-Chart13

1.4.10 RetScreen光伏项目模型13

1.4.11 PVSol14

1.4.12 其他光伏仿真软件16

参考文献16

第2章 太阳能辐射18

2.1 太阳的概况18

2.1.1 太阳18

2.1.2 和太阳相关的重要天文参数21

2.2 天体运行规律及太阳与地球的关系24

2.2.1 天球与天球坐标系24

2.2.2 太阳角的计算26

2.2.3 树木或者烟囱在屋顶组件表面产生阴影面积的计算方法27

2.3 光伏组件倾斜面上太阳能辐照量的计算方法31

2.3.1 辐照量计算重要的角度参数及进一步说明31

2.3.2 大气层外的水平面太阳能辐照32

2.3.3 晴朗指数系数33

2.3.4 水平面逐时太阳能辐照量计算方法33

2.3.5 光伏组件倾斜面逐时太阳能直射、散射和反射辐照量计算方法34

2.3.6 组件任意朝向及倾斜角度逐时太阳能总辐照量的计算方法35

2.3.7 光伏组件倾斜表面月均太阳能总辐照量的计算方法37

参考文献40

第3章 太阳能光伏电池、组件及阵列的数学建模42

3.1 太阳能光伏电池的分类及结构42

3.1.1 按结构分类43

3.1.2 按材料分类43

3.1.3 按构造分类44

3.2 光伏电池基本结构44

3.3 光伏电池、组件建模的基本理论47

3.3.1 光伏电池、组件铭牌参数47

3.3.2 光伏电池、组件等效电路及其数学模型48

3.3.3 光伏电池、组件的性能曲线49

3.3.4 光伏电池、阵列的数学模型的求解方法51

3.4 四参数模型的求解方法52

3.4.1 一般解理论52

3.4.2 根据组件铭牌求四参数53

3.4.3 光伏组件铭牌求解电池片参数实例54

3.5 光伏电池、组件五参数模型的求解方法56

3.5.1 解析解的求解方法56

3.5.2 计算结果分析58

3.5.3 迭代解法60

3.6 任意辐照度和环境温度下的光伏电池、组件的数学模型62

3.6.1 理论模型基础62

3.6.2 光伏阵列工作运行方式65

3.7 模型实验验证66

3.8 小结69

参考文献70

第4章 光伏逆变器原理及其数学建模72

4.1 光伏逆变器概况72

4.2 逆变器的发展及其分类73

4.2.1 逆变器的发展历程73

4.2.2 逆变器的分类74

4.2.3 并网型光伏逆变器74

4.2.4 离网型光伏逆变器76

4.3 光伏逆变器主要性能参数79

4.3.1 逆变器输入端性能参数79

4.3.2 逆变器输出端性能参数79

4.3.3 逆变器转换效率80

4.4 光伏逆变器的数学建模及其仿真实例81

4.4.1 SANDIA逆变器建模法82

4.4.2 Driesse逆变器建模法83

参考文献84

第5章 光伏系统辅助设备及其损耗估算85

5.1 光伏系统中直、交流侧线缆电量损耗计算85

5.1.1 线缆损失的计算方法85

5.1.2 线损计算方法验证87

5.2 光伏系统中变压器的损耗估算89

5.2.1 双绕组变压器损耗电能的计算89

5.2.2 三绕组变压器损耗电能的计算90

5.3 蓄电池的性能估算方法91

5.3.1 蓄电池性能及主要状态参数91

5.3.2 蓄电池动力学数学模型92

参考文献95

第6章 阴影或失配情况下光伏系统输出性能建模与仿真97

6.1 阴影遮挡或者失配状况下光伏系统研究97

6.1.1 阴影或失配情况下光伏阵列输出特性的研究现状99

6.1.2 光伏组件热斑效应的研究100

6.1.3 失配情况下光伏系统MPPT方法研究101

6.2 阴影及失配对光伏系统输出性能的影响102

6.2.1 单二极管五参数等效电路模型102

6.2.2 阴影及失配情况下组件输出性能的理论模型103

6.2.3 不同阴影遮挡下光伏组件输出性能的模拟及验证105

6.3 失配情况下光伏阵列输出特性建模与仿真109

6.3.1 失配情况理论建模109

6.3.2 失配情况下光伏阵列输出性能仿真及实验验证110

6.4 复杂阴影条件下光伏电池、组件或者阵列输出特性111

6.4.1 阴影对单电池片输出特性的影响111

6.4.2 阴影对光伏组件输出特性的影响112

6.4.3 阴影对光伏阵列输出特性的影响116

6.5 小结117

参考文献117

第7章 光伏系统的优化设计方法及寿命预测120

7.1 概述120

7.2 逆变器串并联组件优化设计模型123

7.2.1 光伏组件串并联优化计算方法123

7.2.2 直流端串联数优化设计模型124

7.3 最优倾角理论模型125

7.3.1 最优倾角的计算方法125

7.3.2 不同安装角度及朝向情况下辐照度的分析128

7.3.3 最优倾角结果计算分析129

7.4 最优阵列间距模型131

7.4.1 前后排光伏阵列阴影理论模型132

7.4.2 两排方阵之间的最佳间距133

7.5 光伏组件寿命预测方法135

7.5.1 组件寿命评估的高斯函数模型135

7.5.2 估算法求解136

7.6 小结136

参考文献137

第8章 光伏组件热电耦合建模及阴影遮挡的温升效应139

8.1 光伏电池组件的组成与传热分析139

8.1.1 光伏电池组件主要组成139

8.1.2 光伏电池组件传热分析143

8.2 均匀辐照度下光伏电池组件的温度计算模型144

8.2.1 NOCT模型144

8.2.2 SANDIA温度模型145

8.2.3 光伏组件热电耦合模型146

8.2.4 光伏组件热电耦合模型的实验验证150

8.3 辐照度分布不均匀条件下光伏组件传热模型及其温度分布153

8.3.1 辐照度不均匀或阴影遮挡情况下光伏组件的传热模型154

8.3.2 并联电阻对组件温度的影响分析156

8.3.3 单片电池遮挡比例变化对组件温度的影响157

8.3.4 改善光伏组件热斑现象的方法158

参考文献158

第9章 光伏发电系统经济性及环保分析160

9.1 太阳能光伏发电经济性分析方法160

9.1.1 太阳能光伏工程经济性分析准则161

9.1.2 太阳能光伏工程经济性分析方法161

9.2 光伏发电系统的经济性分析与典型实例162

9.2.1 成本分析162

9.2.2 财务收益分析165

9.2.3 项目现金流分析168

9.2.4 项目可行性分析171

9.3 光伏发电系统环保性能评估方法与实例172

9.3.1 光伏发电系统的环保性能分析172

9.3.2 光伏发电系统的环保性能评估方法173

参考文献175

第10章 并网光伏仿真软件系统建模与发电量预测177

10.1 太阳能并网光伏发电系统建模178

10.1.1 光伏组件表面太阳能辐照数学模型178

10.1.2 光伏组件光电转换数学模型180

10.1.3 逆变器直交流逆变数学模型182

10.1.4 直交流线路部分损失数学模型183

10.1.5 并网变压器损耗数学模型184

10.2 并网光伏系统仿真软件的开发184

10.2.1 流程设计184

10.2.2 功能设计184

10.2.3 决策与优化功能185

10.3 光伏系统发电量的预测及优化186

10.3.1 基于TMY（典型气象年）数据的发电量的预测及系统优化186

10.3.2 实际电站发电量预测188

10.4 积灰对发电量预测的影响189

10.5 光伏组件性能衰减对光伏系统发电性能影响评估192

10.6 小结192

参考文献192

第11章 光伏仿真设计软件SIMUPV 2.0功能及实例194

11.1 光伏系统设计194

11.1.1 项目管理194

11.1.2 项目初步信息输入194

11.1.3 光伏组件选型196

11.1.4 光伏逆变器选型197

11.1.5 光伏阵列串并联配置198

11.1.6 直、交流侧线缆的选型199

11.1.7 其他损耗的设置200

11.2 光伏电站系统产能报告及分析201

11.2.1 产能输出201

11.2.2 不同环境温度和辐照度下I-V曲线性能输出203

11.2.3 光伏电站环保性能的分析204

11.2.4 参数变化时光伏电站发电性能的比较205

11.2.5 光伏发电系统各个环节的损耗估算207

11.3 屋顶光伏工程的遮阴计算208

11.3.1 平面屋顶式光伏电站的遮阴仿真208

11.3.2 斜面屋顶式光伏电站的遮阴仿真209

参考文献211