太阳能光伏发电系统设计施工与应用

第 1章　太阳能光伏发电系统概述　1

1.1　太阳能光伏发电概述　1

1.1.1　太阳能光伏发电简介　1

1.1.2　太阳能光伏发电的优点　2

1.1.3　太阳能光伏发电的缺点　3

1.1.4　太阳能光伏发电的应用　4

1.2　太阳能光伏发电系统的构成、工作原理与分类　6

1.2.1　太阳能光伏发电系统的构成　6

1.2.2　太阳能光伏发电系统的工作原理　7

1.2.3　太阳能光伏发电系统的分类　8

1.3　独立光伏发电系统　9

1.3.1　无蓄电池的直流光伏发电系统　10

1.3.2　有蓄电池的直流光伏发电系统　10

1.3.3　交流及交、直流混合光伏发电系统　10

1.3.4　市电互补型光伏发电系统　11

1.3.5　风光互补及风光柴互补型发电系统　11

1.4　并网光伏发电系统　12

1.4.1　有逆流并网光伏发电系统　12

1.4.2　无逆流并网光伏发电系统　13

1.4.3　切换型并网光伏发电系统　13

1.4.4　有储能装置的并网光伏发电系统　13

1.4.5　大型并网光伏发电系统　13

第 2章　电池组件与光伏方阵　15

2.1　电池组件的基本要求与分类　15

2.1.1　电池组件的基本要求　15

2.1.2　电池组件的分类　15

2.2　晶体硅电池组件的构成与工作原理　16

2.2.1　普通型电池组件　16

2.2.2　建材型电池组件　18

2.2.3　新型电池组件　21

2.3　电池组件的制造　23

2.3.1　电池组件的主要原材料及部件　23

2.3.2　电池组件的板型设计　36

2.3.3　电池组件的生产流程和工序　37

2.3.4　电池组件的性能参数　40

2.3.5　电池组件的技术要求和检验测试　41

2.4　光伏方阵　43

2.4.1　光伏方阵的组成　43

2.4.2　光伏方阵组合的计算　46

2100433B

《太阳能光伏发电系统设计施工与应用》系统介绍了太阳能光伏发电系统各组成部分的工作原理、性能参数以及选用方法，重点介绍了太阳能光伏发电系统的容量设计、配置选型、安装施工、检查测试、运行维护及故障排除，还介绍了光伏发电系统设计应用实例以及光伏发电新技术应用等方面的内容，并给出了具体设计实例和部分实用资料。

《太阳能光伏发电系统设计施工与应用》内容翔实、图文并茂，具有较高的实用性，适合从事太阳能光伏发电系统设计、施工、维护及应用方面的工程技术人员阅读，也可供大专院校相关专业的师生学习参考。

本书由李钟实负责编写，王志建、王君、张婷婷、李皓等为本书提供了许多宝贵资料，并参与了部分章节的编写和整理工作。

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第 1章 太阳能光伏发电系统概述 1

1.1　太阳能光伏发电概述　1

1.1.1　太阳能光伏发电简介　1

1.1.2　太阳能光伏发电的优点　1

1.1.3　太阳能光伏发电的缺点　3

1.1.4　太阳能光伏发电的应用　4

1.2　太阳能光伏发电系统的构成、

工作原理与分类　6

1.2.1　太阳能光伏发电系统的

构成　6

1.2.2　太阳能光伏发电系统的工作

原理　8

1.2.3　太阳能光伏发电系统的

分类　10

1.3　离网（独立）光伏发电系统　11

1.3.1　无蓄电池的直流光伏发电

系统　12

1.3.2　有蓄电池的直流光伏发电

系统　12

1.3.3　交流及交、直流混合光伏发

电系统　12

1.3.4　市电互补型光伏发电系统　13

1.3.5　能自动切换的光伏发电

系统　13

1.3.6　风光互补及风光柴互补型发

电系统　14

1.4　并网光伏发电系统　14

1.4.1　有逆流并网光伏发电系统　15

1.4.2　无逆流并网光伏发电系统　16

1.4.3　有储能装置的并网光伏发电

系统　16

1.4.4　大型并网光伏发电系统　17

1.4.5　分布式智能电网光伏发电

系统　17

第　2章 电池组件与光伏方阵　19

2.1　电池组件的基本要求与分类　19

2.1.1　电池组件的基本要求　19

2.1.2　电池组件的分类　20

2.2　晶体硅电池组件的构成与工作

原理　20

2.2.1　普通型电池组件　20

2.2.2　建材型（BIPV）电池组件　22

2.2.3　新型电池组件　25

2.3　电池组件的制造　27

2.3.1　电池组件的主要原材料及

部件　27

2.3.2　电池组件生产流程和工序　41

2.3.3　电池组件的性能参数　43

2.3.4　电池组件的技术要求和检验

测试　45

2.3.5　电池组件的选型　47

2.4　光伏方阵　48

2.4.1　光伏方阵的组成　48

2.4.2　光伏方阵组合的计算　51

第3章　太阳能光伏控制器和逆变器　52

3.1　太阳能光伏控制器　52

3.1.1　光伏控制器的分类及电路

原理　52

3.1.2　光伏控制器的主要性能

特点　62

3.1.3　光伏控制器的主要技术

参数　64

3.1.4　光伏控制器的检验测试　66

3.1.5　光伏控制器的配置选型　69

3.2　太阳能光伏逆变器　70

3.2.1　逆变器的分类　71

3.2.2　逆变器的电路结构及主要

元器件　71

3.2.3　离网型逆变器的电路原理　74

3.2.4　并网型逆变器的电路原理　79

3.3　光伏逆变器的性能特点与技术

参数　83

3.3.1　光伏逆变器的主要性能

特点　83

3.3.2　光伏逆变器的主要技术

参数　84

3.4　光伏逆变器的选型　87

3.4.1　离网光伏逆变器的选型　87

3.4.2　并网光伏逆变器的选型与

应用　88

3.4.3　并网光伏逆变器选型案例　94

3.4.4　并网光伏逆变器发展趋势　96

第4章　太阳能光伏发电储能电池及

器件　98

4.1　铅酸蓄电池　98

4.1.1　铅酸蓄电池的分类、结构与

原理　98

4.1.2　铅酸蓄电池的基本概念与

技术术语　101

4.1.3　铅酸蓄电池的型号识别　104

4.1.4　其他类型铅酸蓄电池　105

4.1.5　铅酸蓄电池的安装使用

要点　107

4.1.6　铅酸蓄电池的外观及质量

检验　109

4.2　其他储能电池及器件　111

4.2.1　锂离子和磷酸铁锂蓄电池　111

4.2.2　镍氢电池　115

4.2.3　超级电容器　116

4.2.4　液流电池与钠硫电池　120

4.2.5　蓄电池的选型　121

第5章　太阳能光伏发电配电、升压与

监测装置　123

5.1　直流汇流箱与直流配电柜　123

5.1.1　直流汇流箱　123

5.1.2　直流配电柜　124

5.1.3　直流汇流箱和直流配电柜的

选型　125

5.1.4　直流汇流箱的设计　126

5.2　交流汇流箱、配电柜与并网配

电箱　129

5.2.1　交流汇流箱　129

5.2.2　交流配电柜　130

5.2.3　交流配电柜的设计　131

5.2.4　并网配电箱　133

5.3　升压变压器与箱式变电站　135

5.3.1　升压变压器　135

5.3.2　高压配电系统与箱式变

电站　137

5.3.3　配电室的结构设计　138

5.3.4　并网变压器的容量确定　138

5.4　光伏线缆　139

5.4.1　光伏线缆的使用分类及电气

连接要点　139

5.4.2　光伏线缆和连接器的

选型　139

5.5　光伏发电系统的监测装置　144

第6章　光伏系统基础、支架与防雷

接地　147

6.1　光伏方阵基础　147

6.1.1　方阵基础类型　147

6.1.2　方阵基础相关设计　149

6.2　光伏支架　152

6.2.1　光伏支架分类　152

6.2.2　光伏支架的选型　158

6.2.3　光伏支架的设计　161

6.3　光伏发电的防雷接地系统　166

6.3.1　雷电对光伏发电系统的

危害　166

6.3.2　防雷接地系统的设计　167

第7章　离网光伏发电系统容量设计　175

7.1　系统的设计原则、步骤和内容　176

7.1.1　系统设计原则　176

7.1.2　系统设计的步骤和内容　176

7.2　与设计相关的因素和技术条件　177

7.2.1　系统用电负载的特性　177

7.2.2　当地的太阳能辐射资源及

气象地理条件　177

7.2.3　有关太阳能辐射能量的

换算　181

7.2.4　发电系统的安装场所和

方式　181

7.3　离网系统的容量设计与计算　183

7.3.1　设计的基本思路　183

7.3.2　电池组件及方阵的容量

设计　184

7.3.3　蓄电池和蓄电池组的容量

设计　186

7.4　其他几种计算公式和设计

方法　189

7.4.1　以峰值日照时数为依据的

简易计算方法　189

7.4.2　以年辐射总量为依据的计算

方法　190

7.4.3　以年辐射总量和斜面修正系

数为依据的计算方法　191

7.4.4　以峰值日照时数为依据的

多路负载计算方法　192

7.4.5　以峰值日照时数和两段

阴雨天间隔天数为依据的

计算方法　193

7.4.6　太阳能道路灯的容量设计与

计算　195

7.4.7　离网光伏发电系统相关设计

速查表　197

第8章　并网光伏发电系统的容量计算

及并网接入设计　199

8.1　并网系统的容量设计与发电量

计算　199

8.1.1　电池组件的串并联匹配　199

8.1.2　光伏系统发电量的计算　203

8.1.3　光伏系统的组件容量超配

设计　205

8.2　并网系统的电网接入设计　208

8.2.1　并网要求及接入方式　208

8.2.2　典型接入方案　209

8.2.3　并网计量电表的接入　211

8.3　并网光伏发电系统配置设计

实例　215

8.3.1　100kW并网光伏发电系统

设计方案　215

8.3.2　大型屋顶并网光伏发电系统

设计要点　218

8.3.3　光伏发电系统设计相关

资料　220

第9章　太阳能光伏发电系统的安装

施工与检测调试　221

9.1　太阳能光伏发电系统的安装

施工　221

9.1.1　电池组件及方阵的安装

施工　222

9.1.2　光伏控制器和逆变器等电气

设备的安装　226

9.1.3　防雷与接地系统的安装

施工　227

9.1.4　蓄电池组的安装　229

9.1.5　线缆的敷设与连接　232

9.1.6　太阳能道路灯的安装施工　233

9.2　太阳能光伏发电系统的检查

测试与工程验收　236

9.2.1　光伏发电系统的检查　236

9.2.2　光伏发电系统的测试　237

9.2.3　光伏发电系统的工程验收　240

9.3　太阳能光伏发电系统的调试

运行　243

9.3.1　太阳能光伏发电系统并网

调试　243

9.3.2　并网试运行中各系统的

检查　244

9.4　太阳能光伏发电系统施工

案例　245

9.4.1　屋顶基础制作工程　245

9.4.2　支架结构制作工程　248

9.4.3　电池组件安装工程　250

9.4.4　直流侧电气工程　250

9.4.5　配电室电气工程　254

9.5　太阳能光伏发电系统的安全

施工　256

9.5.1　施工现场常见安全危害及

防护　256

9.5.2　施工现场安全作业

指导　258

第　10章 太阳能光伏发电系统的

运行维护与故障排除　260

10.1　光伏发电系统的运行维护　260

10.1.1　光伏发电系统运行维护的

基本要求　260

10.1.2　光伏发电系统的日常检查和

定期维护　261

10.1.3　电池组件及光伏方阵的检查

维护　263

10.1.4　蓄电池（组）的检查

维护　265

10.1.5　光伏控制器和逆变器的

检查维护　267

10.1.6　直流汇流箱、配电柜及输

电线路的检查维护　268

10.1.7　防雷接地系统的检查

维护　268

10.1.8　监控检测与数据通信系统的

检查　268

10.2　太阳能光伏发电系统的故障

排除　269

10.2.1　电池组件与方阵常见

故障　269

10.2.2　蓄电池常见故障及解决

方法　270

10.2.3　光伏控制器常见故障　271

10.2.4　光伏逆变器常见故障　272

10.2.5　直流汇流箱常见故障　274

10.2.6　太阳能灯具常见故障及

解决方法　274

10.2.7　太阳能用户系统（移动电源）

常见故障及解决方法　275

第　11章 太阳能光伏发电系统设计

应用实例　276

11.1　户用光伏发电系统的设计与

应用　276

11.1.1　10W家用太阳能照明

系统　276

11.1.2　100W家用太阳能光伏供电

系统　278

11.1.3　家用太阳能光伏供电系统

配置实例　280

11.1.4　家用太阳能光伏发电系统

典型配置　283

11.2　太阳能系列灯具的设计与

应用　285

11.2.1　太阳能草坪灯　286

11.2.2　太阳能庭院灯　286

11.2.3　太阳能道路灯　287

11.2.4　太阳能交通信号灯　288

11.2.5　太阳能楼宇照明系统　289

11.3　太阳能离网光伏发电系统

设计与应用　290

11.3.1　公园科普橱窗太阳能光伏

供电方案　290

11.3.2　某大厦采光廊架光伏发电

系统设计与应用　291

11.4　太阳能并网发电系统的设计与

应用　293

11.4.1　3kW和5kW家庭屋顶光伏

电站典型设计　293

11.4.2　办公区10kW太阳能并网

发电系统设计与应用　296

11.4.3　10kW农村住宅屋顶光伏电站

设计与应用　297

11.4.4　84kW光伏车棚发电系统设计

与应用　302

11.4.5　100kW商业屋顶光伏发电

系统设计与应用　305

11.4.6　万科中心并网光伏发电系统

设计与应用　309

11.4.7　3.2MW荒山坡光伏扶贫电站

设计与应用　313

第　12章 太阳能光伏发电新技术的

应用　318

12.1　聚光光伏（CPV）发电系统的

应用　318

12.2　分布式光伏发电与微电网技术

应用　321

12.3　光伏建筑一体化发电系统的

应用　327

12.4　储能技术在并网光伏发电系统

中的应用　331

12.5　太阳能光伏电站的智能化技术

应用　339

附录1　太阳能及光伏发电词语

解释　343

附录2　光伏发电常用晶体硅电池

组件技术参数　349

附录3　光伏发电系统常用蓄能电池及

器件的规格尺寸与技术参数　352

附录4　气象风力等级表　361

附录5　全国各城市并网光伏电站最佳

安装倾角和发电量速查表　362

参考文献　3722100433B

第1章 太阳能光伏发电系统概论

11太阳能光伏发电的重要意义1

111世界能源危机日益加剧1

112自然生态环境日趋恶化1

113常规电网的局限性3

12太阳能光伏发电原理及特点3

121太阳能光伏发电原理3

122太阳能光伏发电的特点4

13太阳能光伏发电系统的组成与应用6

131太阳能光伏发电系统的组成6

132太阳能光伏发电技术的应用与发展历程9

133光伏发电技术的知识结构16

思考题与习题16

第2章 太阳与太阳能

21太阳17

211太阳的基本参数17

212太阳的基本结构*17

22太阳与地球19

221太阳与地球的位置关系*19

222地球绕太阳的运行规律21

223太阳的视运动21

224太阳高度角、方位角、日照时间的计算23

23太阳能25

231太阳辐射能25

232太阳辐射光谱26

233到达地球表面上的太阳辐射能27

234我国的太阳能资源30

思考题与习题32

第3章 太阳能光伏电池

31太阳能光伏发电原理34

311半导体基础知识*34

312pn结39

313光伏效应40

314太阳能电池的结构和性能41

32太阳能电池材料制备*44

321硅材料的优异性能44

322硅材料的制备44

33太阳能电池制造工艺48

331硅片的加工48

332硅太阳能电池的制造50

333新型太阳能电池简介*55

34太阳能电池组件的封装60

341太阳能电池组件设计60

342太阳能电池组件的封装结构62

343太阳能电池组件封装材料*62

344太阳能电池组件封装工艺67

345太阳能电池组件的技术要求和检验测试69

35太阳能电池方阵的设计71

351太阳能电池方阵的组成71

352太阳能电池方阵组合的计算75

思考题与习题76

第4章 光伏蓄电池

41光伏蓄电池概述78

411蓄电池简介78

412铅酸蓄电池的基本概念79

42铅酸蓄电池的结构和工作原理80

421铅酸蓄电池的结构80

422铅酸蓄电池的工作原理81

423铅酸蓄电池的分类和命名83

424蓄电池的性能参数85

43VRLA蓄电池的充、放电特性92

431VRLA蓄电池的充电特性92

432VRLA蓄电池的放电特性96

44VRLA蓄电池的使用与维护98

441VRLA蓄电池的安装99

442VRLA蓄电池的正确使用101

443VRLA蓄电池的维护104

思考题与习题107

第5章 光伏控制器

51光伏控制器概述108

511光伏控制器的基本概念108

512光伏控制器的主要功能108

52光伏控制器的基本原理109

521蓄电池充电控制基本原理109

522蓄电池过放电保护基本原理110

53蓄电池充、放电技术112

531VRLA蓄电池充电器112

532VRLA蓄电池充电控制技术113

533VRLA蓄电池温度补偿技术115

54光伏控制器的电路原理116

541光伏控制器的分类116

542光伏控制器的电路原理116

55光伏控制器的选用128

551光伏控制器的主要性能特点128

552光伏控制器的主要技术参数130

553光伏控制器的配置选型131

思考题与习题132

第6章 光伏逆变器

61光伏逆变器概述133

611光伏逆变器的分类133

612光伏逆变器的电路构成133

613光伏逆变器的主要元器件134

62光伏逆变器的电路原理134

621单相逆变器电路原理134

622三相逆变器电路原理137

623并网型逆变器的电路原理139

63光伏逆变器的技术参数与选用143

631光伏逆变器的主要性能特点143

632光伏逆变器的主要技术参数143

633光伏逆变器的选用145

634光伏逆变器产品简介146

64光伏逆变器的操作与维护148

641逆变器的操作要点148

642逆变器的维护检修148

思考题与习题149

第7章 太阳能光伏发电系统应用技术

71太阳能光伏发电系统的组成和分类150

711太阳能光伏发电系统的组成150

712太阳能光伏发电系统的分类151

72太阳能光伏发电系统的设计151

721独立光伏发电系统151

722并网光伏发电系统154

723太阳能光伏发电系统的设计156

73太阳能光伏发电系统的安装调试161

731太阳能光伏发电系统的安装施工161

732太阳能光伏发电系统的检查测试174

733太阳能光伏发电系统逆变器的调试177

74太阳能光伏发电系统的维护管理179

741太阳能光伏发电系统的运行维护179

742太阳能光伏发电系统的故障排除181

75太阳能光伏发电的应用182

751太阳能光伏发电技术的应用优势182

752太阳能光伏发电技术的应用实例184

思考题与习题190

第8章 风光互补发电系统

81风光互补发电系统组成192

811风光互补发电系统192

812风力发电机组195

813风力发电机组的性能199

814垂直轴风力发电机201

815光伏发电系统及其组成202

82风光互补发电系统的设计和安装202

821风光互补发电系统的设计202

822风力发电机位置的选择204

823光伏场地的选址206

824风光互补发电系统的安装207

83风光互补发电系统调试运行208

831风力发电机组的调试208

832光伏系统的调试209

833风光互补发电系统的运行209

84风光互补发电系统的维护保养209

841小型风力发电机的维护保养209

842光伏方阵的维护210

843控制逆变器的维护210

844蓄电池的维护保养210

845常见故障及排除210

846风光互补发电系统的应用211

思考题与习题213

第9章 实验

91实验设备214

92实验项目215 2100433B