太陽能光伏系統(tǒng)建模、仿真與優(yōu)化

第1章 概論 1
1．1 光伏技術的基本原理 1
1．2 光伏技術的國內(nèi)外發(fā)展歷程 3
1．2．1 光伏技術的幾個主要發(fā)展階段 4
1．2．2 光伏技術在我國的發(fā)展 4
1．2．3 光伏技術未來的發(fā)展趨勢 5
1．3 光伏發(fā)電系統(tǒng) 6
1．3．1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng) 6
1．3．2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 7
1．4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真技術的發(fā)展 7
1．4．1 PVSS 8
1．4．2 Solcel 8
1．4．3 PVForm 8
1．4．4 PVSIM 9
1．4．5 PVDesignPro 9
1．4．6 Solar Advisor Model（SAM） 10
1．4．7 PVWatts 11
1．4．8 PVSYST 11
1．4．9 PV F-Chart 13
1．4．10 RetScreen光伏項目模型 13
1．4．11 PVSol 14
1．4．12 其他光伏仿真軟件 16
參考文獻 16
第2章 太陽能輻射 18
2．1 太陽的概況 18
2．1．1 太陽 18
2．1．2 和太陽相關的重要天文參數(shù) 21
2．2 天體運行規(guī)律及太陽與地球的關系 24
2．2．1 天球與天球坐標系 24
2．2．2 太陽角的計算 26
2．2．3 樹木或者煙囪在屋頂組件表面產(chǎn)生陰影面積的計算方法 27
2．3 光伏組件傾斜面上太陽能輻照量的計算方法 31
2．3．1 輻照量計算重要的角度參數(shù)及進一步說明 31
2．3．2 大氣層外的水平面太陽能輻照 32
2．3．3 晴朗指數(shù)系數(shù) 33
2．3．4 水平面逐時太陽能輻照量計算方法 33
2．3．5 光伏組件傾斜面逐時太陽能直射、散射和反射輻照量計算方法 34
2．3．6 組件任意朝向及傾斜角度逐時太陽能總輻照量的計算方法 35
2．3．7 光伏組件傾斜表面月均太陽能總輻照量的計算方法 37
參考文獻 40
第3章 太陽能光伏電池、組件及陣列的數(shù)學建模 42
3．1 太陽能光伏電池的分類及結構 42
3．1．1 按結構分類 43
3．1．2 按材料分類 43
3．1．3 按構造分類 44
3．2 光伏電池基本結構 44
3．3 光伏電池、組件建模的基本理論 47
3．3．1 光伏電池、組件銘牌參數(shù) 47
3．3．2 光伏電池、組件等效電路及其數(shù)學模型 48
3．3．3 光伏電池、組件的性能曲線 49
3．3．4 光伏電池、陣列的數(shù)學模型的求解方法 51
3．4 四參數(shù)模型的求解方法 52
3．4．1 一般解理論 52
3．4．2 根據(jù)組件銘牌求四參數(shù) 53
3．4．3 光伏組件銘牌求解電池片參數(shù)實例 54
3．5 光伏電池、組件五參數(shù)模型的求解方法 56
3．5．1 解析解的求解方法 56
3．5．2 計算結果分析 58
3．5．3 迭代解法 60
3．6 任意輻照度和環(huán)境溫度下的光伏電池、組件的數(shù)學模型 62
3．6．1 理論模型基礎 62
3．6．2 光伏陣列工作運行方式 65
3．7 模型實驗驗證 66
3．8 小結 69
參考文獻 70
第4章 光伏逆變器原理及其數(shù)學建模 72
4．1 光伏逆變器概況 72
4．2 逆變器的發(fā)展及其分類 73
4．2．1 逆變器的發(fā)展歷程 73
4．2．2 逆變器的分類 74
4．2．3 并網(wǎng)型光伏逆變器 74
4．2．4 離網(wǎng)型光伏逆變器 76
4．3 光伏逆變器主要性能參數(shù) 79
4．3．1 逆變器輸入端性能參數(shù) 79
4．3．2 逆變器輸出端性能參數(shù) 79
4．3．3 逆變器轉換效率 80
4．4 光伏逆變器的數(shù)學建模及其仿真實例 81
4．4．1 SANDIA逆變器建模法 82
4．4．2 Driesse逆變器建模法 83
參考文獻 84
第5章 光伏系統(tǒng)輔助設備及其損耗估算 85
5．1 光伏系統(tǒng)中直、交流側線纜電量損耗計算 85
5．1．1 線纜損失的計算方法 85
5．1．2 線損計算方法驗證 87
5．2 光伏系統(tǒng)中變壓器的損耗估算 89
5．2．1 雙繞組變壓器損耗電能的計算 89
5．2．2 三繞組變壓器損耗電能的計算 90
5．3 蓄電池的性能估算方法 91
5．3．1 蓄電池性能及主要狀態(tài)參數(shù) 91
5．3．2 蓄電池動力學數(shù)學模型 92
參考文獻 95
第6章 陰影或失配情況下光伏系統(tǒng)輸出性能建模與仿真 97
6．1 陰影遮擋或者失配狀況下光伏系統(tǒng)研究 97
6．1．1 陰影或失配情況下光伏陣列輸出特性的研究現(xiàn)狀 99
6．1．2 光伏組件熱斑效應的研究 100
6．1．3 失配情況下光伏系統(tǒng)MPPT方法研究 101
6．2 陰影及失配對光伏系統(tǒng)輸出性能的影響 102
6．2．1 單二極管五參數(shù)等效電路模型 102
6．2．2 陰影及失配情況下組件輸出性能的理論模型 103
6．2．3 不同陰影遮擋下光伏組件輸出性能的模擬及驗證 105
6．3 失配情況下光伏陣列輸出特性建模與仿真 109
6．3．1 失配情況理論建模 109
6．3．2 失配情況下光伏陣列輸出性能仿真及實驗驗證 110
6．4 復雜陰影條件下光伏電池、組件或者陣列輸出特性 111
6．4．1 陰影對單電池片輸出特性的影響 111
6．4．2 陰影對光伏組件輸出特性的影響 112
6．4．3 陰影對光伏陣列輸出特性的影響 116
6．5 小結 117
參考文獻 117
第7章 光伏系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法及壽命預測 120
7．1 概述 120
7．2 逆變器串并聯(lián)組件優(yōu)化設計模型 123
7．2．1 光伏組件串并聯(lián)優(yōu)化計算方法 123
7．2．2 直流端串聯(lián)數(shù)優(yōu)化設計模型 124
7．3 最優(yōu)傾角理論模型 125
7．3．1 最優(yōu)傾角的計算方法 125
7．3．2 不同安裝角度及朝向情況下輻照度的分析 128
7．3．3 最優(yōu)傾角結果計算分析 129
7．4 最優(yōu)陣列間距模型 131
7．4．1 前后排光伏陣列陰影理論模型 132
7．4．2 兩排方陣之間的最佳間距 133
7．5 光伏組件壽命預測方法 135
7．5．1 組件壽命評估的高斯函數(shù)模型 135
7．5．2 估算法求解 136
7．6 小結 136
參考文獻 137
第8章 光伏組件熱電耦合建模及陰影遮擋的溫升效應 139
8．1 光伏電池組件的組成與傳熱分析 139
8．1．1 光伏電池組件主要組成 139
8．1．2 光伏電池組件傳熱分析 143
8．2 均勻輻照度下光伏電池組件的溫度計算模型 144
8．2．1 NOCT模型 144
8．2．2 SANDIA溫度模型 145
8．2．3 光伏組件熱電耦合模型 146
8．2．4 光伏組件熱電耦合模型的實驗驗證 150
8．3 輻照度分布不均勻條件下光伏組件傳熱模型及其溫度分布 153
8．3．1 輻照度不均勻或陰影遮擋情況下光伏組件的傳熱模型 154
8．3．2 并聯(lián)電阻對組件溫度的影響分析 156
8．3．3 單片電池遮擋比例變化對組件溫度的影響 157
8．3．4 改善光伏組件熱斑現(xiàn)象的方法 158
參考文獻 158
第9章 光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性及環(huán)保分析 160
9．1 太陽能光伏發(fā)電經(jīng)濟性分析方法 160
9．1．1 太陽能光伏工程經(jīng)濟性分析準則 161
9．1．2 太陽能光伏工程經(jīng)濟性分析方法 161
9．2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析與典型實例 162
9．2．1 成本分析 162
9．2．2 財務收益分析 165
9．2．3 項目現(xiàn)金流分析 168
9．2．4 項目可行性分析 171
9．3 光伏發(fā)電系統(tǒng)環(huán)保性能評估方法與實例 172
9．3．1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)保性能分析 172
9．3．2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)保性能評估方法 173
參考文獻 175
第10章 并網(wǎng)光伏仿真軟件系統(tǒng)建模與發(fā)電量預測 177
10．1 太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)建模 178
10．1．1 光伏組件表面太陽能輻照數(shù)學模型 178
10．1．2 光伏組件光電轉換數(shù)學模型 180
10．1．3 逆變器直交流逆變數(shù)學模型 182
10．1．4 直交流線路部分損失數(shù)學模型 183
10．1．5 并網(wǎng)變壓器損耗數(shù)學模型 184
10．2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)仿真軟件的開發(fā) 184
10．2．1 流程設計 184
10．2．2 功能設計 184
10．2．3 決策與優(yōu)化功能 185
10．3 光伏系統(tǒng)發(fā)電量的預測及優(yōu)化 186
10．3．1 基于TMY（典型氣象年）數(shù)據(jù)的發(fā)電量的預測及系統(tǒng)優(yōu)化 186
10．3．2 實際電站發(fā)電量預測 188
10．4 積灰對發(fā)電量預測的影響 189
10．5 光伏組件性能衰減對光伏系統(tǒng)發(fā)電性能影響評估 192
10．6 小結 192
參考文獻 192
第11章 光伏仿真設計軟件SIMUPV 2．0功能及實例 194
11．1 光伏系統(tǒng)設計 194
11．1．1 項目管理 194
11．1．2 項目初步信息輸入 194
11．1．3 光伏組件選型 196
11．1．4 光伏逆變器選型 197
11．1．5 光伏陣列串并聯(lián)配置 198
11．1．6 直、交流側線纜的選型 199
11．1．7 其他損耗的設置 200
11．2 光伏電站系統(tǒng)產(chǎn)能報告及分析 201
11．2．1 產(chǎn)能輸出 201
11．2．2 不同環(huán)境溫度和輻照度下I-V曲線性能輸出 203
11．2．3 光伏電站環(huán)保性能的分析 204
11．2．4 參數(shù)變化時光伏電站發(fā)電性能的比較 205
11．2．5 光伏發(fā)電系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的損耗估算 207
11．3 屋頂光伏工程的遮陰計算 208
11．3．1 平面屋頂式光伏電站的遮陰仿真 208
11．3．2 斜面屋頂式光伏電站的遮陰仿真 209
參考文獻 211