【达人迷系列】太阳能光伏发电系统设计及安装

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《太阳能光伏发电系统设计及安装》主要介绍了小型光伏发电系统设计、安装，包括光伏模块、蓄电池控制、逆变器、光伏系统离网(并网)、最大功率跟踪和脉宽调制技术等。本书的目的是让读者直接进入光伏生产环境，并且具有独立安装合格光伏系统所需的知识。本书不是学院式的学术著作，而是一本与常见的同类著作风格迥异、深入浅出的实用教程。读者可以通本书系统地学到现场实际的光伏系统设计及安装知识。 　　《太阳能光伏发电系统设计及安装》可作为光伏系统设计安装的培训教材，也适用于光伏发电系统的设计、建设和运行人员和对光伏系统有兴趣的工程师、专业技术人员及任何无专业背景的有兴趣的读者阅读。

作者简介
题献
致谢
译者前言
前言　i
1. 关于本书　i
2. 本书使用的约定　i
3. 可以不读的部分　ii
4. “傻瓜”假定　ii
5. 本书结构　iii
6. 本书使用的图标　iv
7. 从哪里开始　iv

第1篇　光伏系统概述　1

第1章　光伏革命　3
1.1　PV装置的过去、现在和未来　3
1.1.1　PV的典型用途　4
1.1.2　PV的长处和短处　4
1.1.3　PV的未来展望　4
1.2　PV部件和系统　5
1.3　电气知识ABC　5
1.4　太阳能资源初阶　6
1.5　勘察PV系统现场　6
1.6　探究PV系统细节　6
1.6.1　PV组件　7
1.6.2　蓄电池　7
1.6.3　充电控制器　7
1.6.4　逆变器　7
1.6.5　连线和安全装置　8
1.7　PV系统定容　8
1.7.1　直接联网系统　8
1.7.2　带蓄电池系统　8
1.7.3　导线及安全装置　9
1.8　让PV系统活起来　9
1.8.1　获得许可　9
1.8.2　保证安全　9
1.8.3　组装机械部件　10
1.8.4　加装电气部件　10
1.8.5　系统调试、检测和维护　10
1.9　需要了解的法规章节　11

第2章　常用部件及系统　12
2.1　组成PV系统的部件简介　12
2.1.1　PV组件和支架　13
2.1.2　蓄电池组　13
2.1.3　充电控制器　14
2.1.4　逆变器　14
2.1.5　负荷　15
2.1.6　负荷中心　15
2.1.7　隔离开关和过电流保护　16
2.1.8　与公用电网互连　17
2.2　区分不同类型的PV系统　18
2.2.1　直接联网系统　18
2.2.2　带蓄电池系统　20
2.3　针对不同情况正确配置系统　22
2.3.1　联网用户　22
2.3.2　离网用户　23

第3章　电工学基础知识　25
3.1　电流　25
3.1.1　了解安培　26
3.1.2　区分直流和交流　26
3.1.3　用表计测量电流　27
3.2　电压：愿你拥有电动力　30
3.2.1　电压的基本概念　30
3.2.2　掌握标称电压和运行电压的概念　30
3.2.3　测量电压　31
3.3　电阻：阻碍流动　33
3.3.1　介绍欧姆　33
3.3.2　测量电阻　33
3.4　用欧姆定律把电流、电压与电阻联系起来　35
3.5　注意区分功率和能量　35
3.5.1　功率与能量的区别　36
3.5.2　用功率公式把功率与电流、电压和电阻关联起来　36
3.5.3　计算用瓦时表示的电量　38
3.5.4　瓦时的伙伴安时　38
3.6　把电流、电压、电阻、功率和电量合到一起　39
3.7　另一个电工概念：电路接线　40
3.7.1　串联　40
3.7.2　并联　41
3.7.3　串并联　42

第4章　太阳能资源知识初阶　43
4.1　太阳辐射　43
4.1.1　区分直接辐射和漫射辐射　43
4.1.2　确定太阳辐射强度：辐照度　45
4.1.3　计算太阳辐射能量：辐照值　47
4.1.4　只是一天：峰值日照小时　48
4.2　太阳路径对地球的影响　51
4.2.1　季节影响简述　51
4.2.2　太阳与你所在位置的关系：高度和方位　53
4.2.3　标记太阳时　54
4.2.4　太阳图说明　55
4.2.5　打开太阳窗口　56
4.3　使PV组件方位能充分利用太阳能资源　57
4.3.1　倾斜角　57
4.3.2　确定方阵方位　59

第5章　PV系统正确选址　61
5.1　搭建现场勘察的平台　61
5.1.1　留出足够时间　61
5.1.2　创建现场勘察的标准表格　62
5.1.3　现场勘察包　63
5.2　照下来：用数码照片记录整个现场勘察　64
5.3　现场勘察期间收集基本信息　65
5.3.1　现场的一般信息　65
5.3.2　结构和机械信息　66
5.3.3　电气信息　67
5.4　用度数测量的信息　68
5.4.1　了解磁偏角　68
5.4.2　计算方阵的倾斜角和方位角　70
5.5　阴影分析工具　72
5.6　数据的解释和综合　74
5.6.1　分析阴影分析工具的报告　74
5.6.2　太阳能总资源因数　75
5.6.3　使用收集来的其他信息规划设计安装　76

第2篇　光伏系统的内部细节　79

第6章　光伏组件：从沙子到电　81
6.1　太阳能发电：一切从电池开始　81
6.1.1　太阳电池的结构和制造方法　82
6.1.2　太阳电池结构与光伏效应的关系　83
6.2　常见PV组件　84
6.2.1　结晶硅组件　84
6.2.2　薄膜组件　86
6.3　PV组件的电气规范　87
6.3.1　电流参数　87
6.3.2　电压参数　88
6.3.3　最大功率点　90
6.3.4　电压温度系数　90
6.3.5　功率公差　91
6.3.6　串联熔断器的额定值　91
6.4　PV组件的试验条件　91
6.4.1　标准试验条件　91
6.4.2　环境对标准试验条件的影响　92
6.5　用IV曲线表示电流与电压的关系　94
6.5.1　不同温度下的IV曲线　95
6.5.2　不同辐照度下的IV曲线　95

第7章　蓄电池基本知识　97
7.1　蓄电池结构及运行的基本知识　98
7.1.1　构建蓄电池,从单格到蓄电池组　98
7.1.2　蓄电池充放电　99
7.2　不同类型蓄电池的比较　101
7.2.1　铅酸蓄电池　101
7.2.2　铅钙蓄电池　103
7.2.3　镍镉蓄电池　104
7.3　蓄电池容量　104
7.3.1　容量的C速度　104
7.3.2　影响容量的因素　105
7.4　确定蓄电池技术参数　107
7.4.1　确定使用的蓄电池类型　107
7.4.2　确定蓄电池组的规格　108

第8章　让电流和电压处于监控下：充电控制器　112
8.1　充电控制器要点　112
8.1.1　充电控制器的分段工作原理　113
8.1.2　某些充电控制器的特殊作用　115
8.2　最大功率点跟踪技术　116
8.2.1　MPPT充电控制器工作原理　116
8.2.2　MPPT充电控制器的优缺点　117
8.3　脉宽调制技术　118
8.3.1　PWM充电控制器工作原理　118
8.3.2　PWM充电控制器的优缺点　118
8.4　确定充电控制器技术参数　119

第9章　逆变器：从直流到交流　120
9.1　直接联网逆变器　120
9.1.1　基本运行　121
9.1.2　标准特性　121
9.1.3　输出功率容量　123
9.1.4　变压器的重要性　124
9.2　带蓄电池逆变器　125
9.2.1　与电网交互逆变器的运行　126
9.2.2　独立逆变器的运行　127
9.2.3　所有带蓄电池逆变器的标准特性　127
9.2.4　带蓄电池逆变器的容量　128
9.2.5　低频变压器技术　128
9.3　确定逆变器参数　129
9.3.1　直接联网逆变器　129
9.3.2　带蓄电池逆变器　130

第10章　保证安全：连线及安全部件　132
10.1　PV系统的电路　132
10.2　导线类型　133
10.2.1　USE-2　134
10.2.2　PV连线　134
10.2.3　建筑物连线　135
10.2.4　蓄电池连线　135
10.2.5　接地连线　136
10.3　导管种类　136
10.3.1　金属导管　137
10.3.2　非金属导管　137
10.4　隔离开关　138
10.5　过电流保护装置　139
10.5.1　断路器　139
10.5.2　熔断器　140
10.6　接地故障保护　140
10.7　有关标识的基础知识　141

第3篇　光伏系统容量设计　143

第11章　直接联网光伏系统定容设计　145
11.1　首要问题：评估预算和方阵可用空间　145
11.2　评估场地年发电量　146
11.3　设计满足客户用电量需求的光伏方阵容量　147
11.3.1　确定年用电量　148
11.3.2　考虑电网期权合同　148
11.3.3　使用消费和合约期权以选择方阵需要的容量　149
11.4　为方阵配备逆变器　149
11.5　光伏方阵和逆变器容量匹配　150
11.6　找出光伏方阵和逆变器合适的电压与电流值　152
11.6.1　确定逆变器交流电压　152
11.6.2　确定逆变器直流电压窗口　153
11.6.3　计算组件最大直流电压贡献　153
11.6.4　计算组件的最低直流电压贡献　158
11.7　汇总所有因素：整合功率和电压信息　162
11.8　最后校核：逆变器最大输入电流　162

第12章　带蓄电池的光伏系统定容　163
12.1　带上负荷：分析带蓄电池光伏系统中的负荷　164
12.1.1　评估蓄电池必须供电的负荷　164
12.1.2　计算电网停运期间交互式光伏系统需要提供的电量　166
12.1.3　确定独立运行系统日均耗电量　166
12.2　蓄电池组定容　167
12.2.1　逆变器效率　168
12.2.2　自维持天数　168
12.2.3　蓄电池运行温度　169
12.2.4　放电深度　169
12.2.5　标称电压　170
12.2.6　求出需要的蓄电池组容量　170
12.2.7　连接蓄电池组　171
12.3　光伏方阵定容　172
12.3.1　交互式光伏系统方阵定容　173
12.3.2　独立光伏系统方阵定容　173
12.4　充电控制器定容　175
12.4.1　电压参数　175
12.4.2　功率或电流参数　176
12.4.3　进行下一步之前的校核：比较方阵容量和逆变器容量　177
12.5　逆变器定容　178
12.5.1　观察输出电压　178
12.5.2　计算输送功率　179
12.5.3　持续充电　179
12.5.4　考虑负荷冲击额定值　179
12.5.5　评估逆变器和光伏方阵功率输出　180
12.6　包含发电机　180
12.6.1　发电机特性　181
12.6.2　发电机定容　181

第13章　导线、导管和安全装置定容　183
13.1　导线定容初阶　183
13.1.1　确定光伏电路最大电流和持续电流　184
13.1.2　计算非光伏电路的最大电流　185
13.1.3　用现有表格考虑使用情况　185
13.1.4　综合所有信息确定导线尺寸　188
13.1.5　导线定容后计算电压降　190
13.2　导管定容　194
13.3　过电流保护设备和隔离开关定容　194
13.3.1　基础知识　195
13.3.2　在光伏电路中放置保护装置　195
13.3.3　保护逆变器电路　196

第4篇　安装光伏系统　197

第14章　获得安装许可的过程　199
14.1　安装PV系统前获得许可　199
14.1.1　开始：准备适用的许可证和合格证　200
14.1.2　家庭养殖：居民用系统申请　201
14.1.3　大生意：商用系统申请　204
14.2　不仅仅是漂亮图片：绘制一套图纸　205
14.2.1　清楚标出部件　206
14.2.2　画出设备位置　206
14.2.3　显示导线尺寸计算　206
14.2.4　做工作记录　207

第15章　在PV系统工作时保证安全　２08
15.1　施工现场一般安全问题　208
15.1.1　确认工作现场的障碍并立即穿戴好防护装备　209
15.1.2　单独或与他人共同作业的安全问题　209
15.1.3　工具安全提示　210
15.1.4　限制处于极端条件的情况　210
15.1.5　现场要备有急救箱　211
15.2　爬梯安全问题　211
15.2.1　选择爬梯　211
15.2.2　正确安放爬梯　212
15.3　屋顶作业的安全问题　214
15.3.1　做好跌落防护措施　214
15.3.2　工具存放　215
15.3.3　保持步行通道安全　215
15.4　检查电气安全　216
15.4.1　时刻注意一般性电击危险　216
15.4.2　电路作业　217
15.4.3　蓄电池安全　220

第16章　组装机械部件　222
16.1　PV方阵安装方法　222
16.1.1　屋顶安装　223
16.1.2　地面安装　227
16.1.3　杆顶安装　229
16.1.4　建筑一体化安装　230
16.2　屋顶安装方阵的荷载　231
16.2.1　遵守建筑法规　232
16.2.2　考虑附加静荷载　232
16.2.3　活动荷载　233
16.3　把方阵可靠固定在屋顶上　234
16.3.1　使用方头螺栓固定　234
16.3.2　用防水板密封屋顶穿孔　235
16.4　地面支撑和杆顶固定　237

第17章　电气元件组装　239
17.1　电气设备安装位置　239
17.1.1　厂商对设备位置的要求　239
17.1.2　开断装置的位置　240
17.1.3　并线盒、接线盒和连线　241
17.2　连线作业　242
17.2.1　颜色代码：红、绿、白　242
17.2.2　PV组件连线排布　243
17.2.3　用导管保护连线　244
17.3　接地　244
17.3.1　设备接地　245
17.3.2　系统接地　247
17.4　与公用电网连接　249
17.4.1　确定电力部门的要求　250
17.4.2　进行负荷侧或线路侧连接　250

第18章　PV系统的调试、检查和维护　254
18.1　建立清单并检查两次：做好调试准备　254
18.1.1　检查机械元件　255
18.1.2　检查电气元件　255
18.2　启动：调试过程　259
18.2.1　安全第一　259
18.2.2　带好需要的工具　259
18.2.3　调试不同类型的系统　260
18.2.4　确认系统功能正常　263
18.3　了解被检查的问题　265
18.3.1　没有以“整洁、工艺考究的方式”安装　265
18.3.2　忘记了美观要求　266
18.3.3　方阵导线排布不佳　266
18.3.4　忘记给系统加标识　266
18.4　系统维护　268
18.4.1　机械维护　269
18.4.2　电气维护　269
18.4.3　高水平维护：照看蓄电池组　270

第5篇　十诫　273

第19章　避免常见违规错误十诫　275
19.1　保证适当的作业间隙　275
19.2　提供正确的结构支撑　276
19.3　用防水板防止建筑物进水　276
19.4　保证所有导线适用于工作环境　277
19.5　排布组件导线　277
19.6　选择正确的导管　277
19.7　确定隔离开关位置　278
19.8　设备接地　278
19.9　系统接地　278
19.10　恰当标识系统　279

第20章　使客户发电量最大化十诫　280
20.1　选择正确场地　280
20.2　让方阵朝向正确　280
20.3　恰当配置方阵　281
20.4　在电网电压限值内运行　281
20.5　选择正确的逆变器　282
20.6　正确选择导线尺寸　282
20.7　保持部件凉爽　282
20.8　建议客户监视系统　283
20.9　定期清洗方阵　283
20.10　方阵年检　283

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