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本书是基于近年来作者所在高校科研团队在太阳电池组件及系统领域的研究工作，结合行业龙头企业的光伏产品研发与系统集成关键技术问题，参考大量国内外光伏系统发电技术著作和文献编写而成的。本书全面、深入地介绍了光伏系统发电理论与应用技术，全书共9章：光伏发电概述，光伏系统部件，光伏系统设计，光伏系统效率，积灰与积雪对太阳电池组件的影响，太阳电池组件与系统热学问题、光伏系统的经济性分析，光伏系统中太阳电池组件产品技术方向，光伏系统新趋势。本书对光伏系统的设计方法、发电量与发电功率预测、经济性分析等内容的阐述力求系统，深入浅出，便于自学。

目    录
第1章  光伏发电概述	1
1.1  太阳辐照	1
1.1.1  太阳光谱	1
1.1.2  直射与散射	2
1.1.3  影响地面接收太阳辐照的因素	3
1.2  我国太阳能资源分布	6
1.3  光伏系统的类型及应用	7
1.3.1  离网光伏系统	7
1.3.2  并网光伏系统	8
1.3.3  微网光伏系统	9
1.4  光伏产业发展历程和趋势	11
1.4.1  国外光伏产业发展历程	11
1.4.2  国内光伏产业发展历程	11
1.4.3  光伏产业发展趋势	12
第2章  光伏系统部件	14
2.1  太阳电池组件	14
2.1.1  太阳电池的工作原理	14
2.1.2  太阳电池组件的伏安特性	16
2.1.3  太阳电池组件在不同辐照度下的性能	19
2.1.4  太阳电池组件的工作温度与温度系数	20
2.2  逆变器	21
2.2.1  逆变器类型	21
2.2.2  逆变器内部结构和工作原理	23
2.2.3  逆变器失效故障分析	24
2.2.4  逆变器可靠性的影响因素	25
2.2.5  逆变器转换效率计算	28
2.3  支架	29
2.3.1  按支架的材质分类	29
2.3.2  按支架的安装方式分类	29
2.3.3  按支架的应用场合分类	31
2.4  电缆	31
2.4.1  光伏电缆性能要求	31
2.4.2  电缆材质	32
2.4.3  直流电缆	32
2.4.4  交流电缆	32
2.5  储能装置	33
2.5.1  光伏储能装置的作用及具体要求	33
2.5.2  电池储能	33
2.5.3  储能电池的性能评估	35
2.5.4  其他储能方式	39
第3章  光伏系统设计	42
3.1  太阳辐照量计算	42
3.1.1  太阳直射辐照量	42
3.1.2  地面反射辐照量	43
3.1.3  太阳散射辐照量	43
3.2  并网光伏系统设计	46
3.2.1  并网光伏系统设计的基本步骤	47
3.2.2  并网光伏系统发电量计算及其主要影响因素	47
3.2.3  太阳电池方阵设计	50
3.2.4  设备选型	57
3.2.5  并网光伏系统的电气系统设计	58
3.3  离网光伏系统设计	62
3.3.1  离网光伏系统的设计内容与设计步骤	62
3.3.2  用电需求计算以及重要参数的选取	63
3.3.3  太阳电池方阵构成和输出功率的计算与设计	64
3.3.4  蓄电池与蓄电池组的设计方法	65
3.3.5  离网光伏系统控制器的选型	66
3.3.6  离网光伏系统逆变器的选型	66
3.3.7  其他系统配件的选型	67
3.3.8  应用实例	67
3.4  微网光伏系统设计	68
3.4.1  微网光伏系统的工作原理	68
3.4.2  微网光伏系统的设计内容	68
3.4.3  微网光伏系统工作模式简介	69
第4章  光伏系统效率	74
4.1  光伏系统效率的定义、测试方法及发展现状	74
4.1.1  光伏系统效率的定义	74
4.1.2  光伏系统效率的测试方法	75
4.1.3  光伏系统效率的发展现状	76
4.2  光伏系统效率计算的修正方法及其算例分析	79
4.2.1  温度修正方法	79
4.2.2  天气因素修正方法	81
4.2.3  光谱修正方法	83
4.2.4  PR值修正方法算例分析	86
4.3  光伏系统效率的影响因素	91
4.3.1  气候因素对光伏系统效率的影响	91
4.3.2  直流侧各因素对系统效率的影响	95
4.3.3  交流侧各因素对系统效率的影响	97
第5章  积灰与积雪对太阳电池组件的影响	99
5.1  积灰	99
5.1.1  组件积灰的形成	99
5.1.2  积灰对太阳电池组件的影响	100
5.1.3  影响太阳电池组件积灰的因素	102
5.1.4  太阳电池组件积灰模型	104
5.1.5  太阳电池组件积灰的清洗	106
5.1.6  太阳电池组件积灰的研究趋势	107
5.2  积雪	107
5.2.1  我国各地区积雪的空间分布	107
5.2.2  太阳电池组件上雪的堆积	108
5.2.3  积雪对太阳电池组件的影响	110
5.2.4  太阳电池组件积雪模型	112
5.2.5  太阳电池组件积雪的清理方式	114
第6章  太阳电池组件与系统热学问题	116
6.1  均匀辐照下太阳电池组件的传热模型	116
6.1.1  太阳电池组件稳态传热模型	116
6.1.2  太阳电池组件非稳态传热模型	119
6.2  太阳电池组件稳态传热模型案例	119
6.3  非均匀辐照下太阳电池组件热斑温度	121
6.3.1  热斑产生的原因	122
6.3.2  热斑产生原理	124
6.3.3  热斑效应案例分析	128
6.3.4  热斑效应模拟分析方法	129
 
6.4  热斑效应解决方案	132
6.4.1  并联旁路二极管	132
6.4.2  智能太阳电池组件	133
第7章  光伏系统的经济性分析	135
7.1  光伏系统投资分析	135
7.1.1  LCOE模型	135
7.1.2  净现值与内部收益率	136
7.2  经济性评估指标LCOE	137
7.2.1  LCOE的计算实例	137
7.2.2  结合LCOE的系统优化实例	139
7.3  LCOE的影响因素与敏感性分析	145
第8章  光伏系统中太阳电池组件产品技术方向	148
8.1  高效晶体硅太阳电池及其组件产品技术	148
8.1.1  高效晶体硅太阳电池及其组件产业化技术	148
8.1.2  高效晶体硅太阳电池及其组件研究进展	150
8.2  高可靠性组件	151
8.2.1  高可靠性组件封装技术	151
8.2.2  组件失效形式	152
8.2.3  不同气候地区的组件可靠性问题	155
8.3  智能组件与系统	156
8.3.1  智能组件与系统分类	156
8.3.2  智能组件优势分析	158
8.3.3  智能光伏系统测试与评估方法	160
8.3.4  智能组件户外发电输出性能	161
8.4  双面组件	164
8.4.1  双面太阳电池的工作原理	165
8.4.2  双面太阳电池的结构及分类	165
8.4.3  双面双玻组件的优势及应用	168
第9章  光伏系统新趋势	170
9.1  光伏跟踪系统	170
9.1.1  光伏跟踪系统类型	170
9.1.2  光伏跟踪系统设计原则	173
9.1.3  光伏跟踪系统控制原理及方案	173
9.1.4  水平单轴光伏跟踪系统案例评估	177
 
9.2  水面漂浮光伏系统	180
9.2.1  有支架漂浮式	180
9.2.2  无支架漂浮式	182
9.2.3  锚固系统	182
9.2.4  系统性能分析	184
9.3  双面双玻光伏系统	185
9.3.1  双面双玻光伏系统应用	185
9.3.2  双面双玻组件背面的太阳辐照计算方法	186
9.3.3  双面双玻组件背面发电量增益的影响因素	191
9.3.4  水面双面双玻组件应用案例分析	195
参考文献	198

前    言
面对全球化石燃料逐渐枯竭的危机和生态环境受到污染的问题，以及自然灾害频繁发生的局面，人们深刻地认识到改善能源消费结构、大力发展可再生能源、走绿色发展道路已经到了刻不容缓的地步。近年来，我国政府制定了多种促进光伏产业发展的政策，通过国内光伏业界的共同努力和社会各界的大力支持，形成了完整的光伏产业链，光伏装机容量已经达到世界领先水平。目前，我国的光伏系统发电技术在世界光伏产业中举足轻重，光伏产业已经形成了“世界光伏看中国”的局面。
近20年来，光伏系统发电技术发展较快，新型太阳电池的研究不断取得突破，光伏系统应用形式多样化，光伏系统各部件的性能与技术水平不断上升，光伏系统设计方法和评价算法也不断更新。为了进一步提升光伏系统发电技术水平与竞争力，促进光伏产业发展，需要对现阶段的光伏系统精细设计、系统性能评估模型和光伏系统经济性模型进行深入研究和综合分析。
本书共9章，主要内容如下：
第1章介绍太阳辐照分布、光伏系统应用类型以及国内外光伏产业的历史与发展趋势。
第2章介绍光伏系统中太阳电池组件、逆变器、支架、电缆以及储能装置主要组成部件的工作原理、特性与技术要求等。
第3章阐述并网光伏系统、离网光伏系统和微网光伏系统的特点、设计思路与设计方法。
第4章阐述光伏系统效率的定义、计算模型、影响因素，以及计算模型的温度修正方法、天气因素修正方法、光谱修正方法等，并结合实际进行算例分析。
第5章针对太阳电池组件表面积灰与积雪问题，分析积灰与积雪成因、特性，介绍由积灰与积雪引起的组件功率损失模型以及解决方案。
第6章阐述均匀辐照下太阳电池组件的传热机制，针对实际案例进行太阳电池组件稳态传热下工作温度的计算，并介绍非均匀辐照下太阳电池组件热斑温度计算模型与仿真分析方法。
第7章介绍光伏系统成本LCOE的计算方法、投资回收模型及发电成本影响因素与改善途径，并针对实际案例进行发电成本计算与影响因素敏感性分析。
第8章介绍高效晶体硅太阳电池与组件、高可靠性组件、智能组件和双面组件的产品特性与技术发展趋势。
第9章针对光伏系统应用发展现状与趋势，介绍光伏跟踪系统、水面漂浮光伏系统和双面双玻光伏系统的结构、类型、发电性能与设计方法等。
在本书编写过程中，得到河海大学研究生赵远哲、吴军、黄国昆、钱茜、刘富光、刘志康、潘武淳、祝曾伟和杨正等的支持，他们提供了详细的研究数据，并协助撰写了部分内容。此外，邓士峰、盛昊、邵玺、蹇康和陈城等对本书提出了修改意见；天合光能股份有限公司曾义先生，天合光能股份有限公司的光伏系统发电技术专家全鹏先生和姜猛先生，江苏中信博新能源科股份有限公司王士涛先生，以及华为公司唐小棠先生等，为本书提供了众多信息与实物图片。中山大学沈辉教授、西安交通大学黄国华教授、河海大学丁坤教授和王磊博士为本书提供了指导和建议。在此，特向他们表示诚挚的谢意！
由于编著者水平有限，书中难免有疏漏和不当之处，恳请广大读者和业内专家批评指正。

编著者  
2020年1月

2019年度国家科学技术学术著作出版基金评选获得基金项目资助 2019

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