本书是一部全面系统、深入介绍光伏发电技术及其应用新成果的技术专著。本书第一版还曾荣获2011年度国家科学技术学术著作出版基金资助。
全书共分为上、下两篇。上篇为基础篇，系统阐明了太阳辐射能的特点、测量和计算方法，光伏发电系统的工作原理、构成及其分类，以及光伏发电系统的设计原理和方法。同时，还介绍了地面大型集中式并网光伏电站、屋顶并网光伏发电系统与独立光伏发电系统的设计应用。此外，还详细阐述了光伏发电系统构成的主要和关键部件，如太阳电池、逆变器、控制器、储能装置等，以及直流汇流和交流配电系统、监控测试系统、辅助电源、整流充电设备、升压变压器等辅助设备的必备知识。下篇为应用篇，详细介绍了太阳能光伏发电系统工程的具体应用内容，并重点分析了大量典型案例，以飨读者。
本次再次修订改版，对太阳能光伏发电新技术进行了更加全面、系统的介绍，可操作性更强。本书可供广大太阳能光伏发电设计与科研人员、生产人员、管理人员及施工建设人员参考，也可作为高等院校相关专业师生的教学参考书。

上篇基础篇
第1章太阳辐射能1
1.1太阳辐射能的源泉1
1.2地球上的太阳能2
1.2.1地球大气层上界的太阳能3
1.2.2地球表面上的太阳能4
1.3斜面上的太阳辐射能7
1.3.1斜面上的太阳总辐照度7
1.3.2水平面上太阳辐射转化成斜面上的太阳辐射9
1.4太阳辐射的测量和资源计算10
1.4.1太阳辐射测量仪器10
1.4.2太阳能资源计算与分区11

第2章太阳能光伏发电系统集成技术及应用16
2.1太阳能光伏发电系统工程16
2.1.1光伏系统工程研究的宗旨及内容16
2.1.2系统分类及配置17
2.2光伏发电系统评价指标23
2.2.1峰值日照时数与发电量计算23
2.2.2光伏发电系统性能比24
2.3光伏系统的能量偿还时间及CO2减排潜力25
2.3.1能量偿还时间25
2.3.2光伏系统CO2减排量28
2.4光伏能源发展线路图30
2.4.1光伏发电系统的应用分类30
2.4.2光伏应用发展线路图31

第3章太阳能光伏发电系统的设计原理和方法33
3.1参数分析法34
3.1.1基本公式34
3.1.2设计参数的定义37
3.2LOLP法39
3.2.1LOLP法的思路和特点39
3.2.2LOLP法的基本公式39
3.2.3LOLP法参数的确定方法40
3.2.4LOLP法的计算流程40
3.3模拟法40
3.3.1模拟法的思路41
3.3.2光伏系统构成部件的模拟基本公式42

第4章太阳能光伏发电系统的设计47
4.1大型集中式并网光伏电站的设计47
4.1.1项目前期工作48
4.1.2大型集中式并网光伏电站的配置49
4.1.3电站直流发电系统设计51
4.1.4并网逆变器的选配62
4.1.5光伏电站交流电气系统设计66
4.1.6电气二次部分69
4.1.7光伏电站的监控系统设计方案70
4.1.8光伏电站的防雷接地75
4.2屋顶并网光伏发电系统的设计78
4.2.1屋顶光伏系统分类78
4.2.2BIPV系统设计的规定与要求79
4.2.3BIPV设计要点82
4.2.4BIPV对太阳电池组件提出的一些特殊要求84
4.2.5BIPV的电气连接方式85
4.2.6安全防火——直流故障及保护措施85
4.2.7光伏组件在建筑上的应用87
4.3独立光伏发电系统的设计91
4.3.1独立光伏发电系统的容量设计91
4.3.2逆变器、控制器的选配96
4.3.3独立光伏发电系统设计的验证101
4.4光伏系统设计软件105

第5章太阳电池、组件及方阵107
5.1太阳电池107
5.1.1太阳电池及其分类107
5.1.2太阳电池的工作原理及基本特性108
5.1.3晶体硅太阳电池及其高效化发展122
5.1.4薄膜太阳电池128
5.1.5聚光太阳电池136
5.2太阳电池组件及方阵138
5.2.1太阳电池组件138
5.2.2太阳电池方阵142

第6章储能技术及装置147
6.1绪论147
6.1.1储能的必要性及意义147
6.1.2储能的定义及分类148
6.2电化学储能149
6.2.1铅酸储能蓄电池149
6.2.2其他电化学电池158
6.3物理储能172
6.3.1飞轮储能172
6.3.2压缩空气储能179
6.3.3抽水蓄能181
6.4储能装置的应用及类比分析183

第7章光伏发电系统的控制与监控189
7.1光伏系统控制的特点和主要功能189
7.1.1特点189
7.1.2主要功能190
7.2充电、放电控制194
7.2.1蓄电池充放电控制方法194
7.2.2充放电控制器类别及其工作原理195
7.3光伏电站用直流控制柜199
7.3.1独立光伏电站用直流控制柜199
7.3.2并网光伏电站用直流配电柜204
7.4最大功率跟踪控制器205
7.4.1恒压控制206
7.4.2最大功率跟踪控制207
7.5光伏发电监控系统211
7.5.1监控系统功能211
7.5.2监控系统构成213
7.5.3监控系统设计原则215

第8章DC-AC逆变器217
8.1逆变器分类及主要功能217
8.1.1逆变器分类217
8.1.2逆变器的主要功能217
8.2逆变器的技术要求及性能指标220
8.2.1逆变器技术要求220
8.2.2逆变器性能指标220
8.3离网逆变器的结构及工作原理222
8.3.1离网逆变器的结构及选用222
8.3.2正弦波逆变器的工作原理223
8.4并网逆变器的结构及工作原理230
8.4.1两级式逆变器230
8.4.2单级并网型逆变器233
8.4.3并网逆变器的孤岛检测技术234
8.4.4并网逆变器的低电压穿越238
8.5逆变器的发展沿革、现况和趋势240
8.5.1逆变器的发展沿革240
8.5.2逆变器的现况及趋势241

第9章交流配电系统248
9.1光伏电站交流配电系统的构成248
9.2光伏电站交流配电系统的主要功能和原理249
9.3对交流配电系统的主要要求250
9.3.1通用要求250
9.3.2技术要求250
9.3.3结构要求251
9.3.4交流配电柜的保护功能251
9.4JKJP-60k-3CH交流配电柜的操作使用252
9.4.1主要参数和技术指标252
9.4.2机柜面板和内部布局252
9.4.3工作原理和防雷保护254
9.4.4机柜安装254
9.4.5操作使用255
9.4.6与微机监控系统的连接调试256
9.4.7故障判断257
9.4.8注意事项257
9.5低压架空配电线路258
9.5.1结构与组成258
9.5.2运行管理261
9.6电力变压器及其选择262
9.6.1常用电力变压器的种类和容量系列262
9.6.2变压器容量与数量的选择原则263
9.7电力线缆及其选择264
9.7.1按机械强度条件选择导线截面积264
9.7.2按导线载流量条件选择导线截面积264
9.7.3按电压损失选择导线截面积266
9.7.4按短路条件选择导线截面积269
9.7.5按经济电流密度选择截面积270
9.7.6线路选择条件分析271
9.7.7保护线的选择271

第10章分布式光伏发电与智能微电网273
10.1分布式能源273
10.1.1引论273
10.1.2分布式发电274
10.1.3未来能源系统275
10.2分布式光伏发电275
10.2.1分布式光伏发电分类及其应用275
10.2.2分布式光伏发电的技术提要281
10.3分布式光伏发电与微电网288
10.3.1智能电网与智能微电网288
10.3.2智能微电网的研究发展289


下篇应用篇
第11章大型集中式地面并网光伏电站295
11.1甘肃省张掖南滩20MWP并网光伏电站295
11.1.1项目概况295
11.1.2张掖南滩光伏电站的技术览要298
11.1.3张掖南滩20MWP光伏电站运行分析304
11.2蚌埠曹山2MWP非晶硅薄膜并网光伏示范电站309
11.2.1项目概况309
11.2.2项目总图309
11.2.3关键设备和技术310
11.2.4安装过程中的技术问题313
11.2.5电站性能参数测试及分析314

第12章分布式屋顶并网光伏发电系统321
12.1江苏省常州科教城1.0994MWP并网光伏发电系统321
12.1.1项目概况321
12.1.2总体方案设计及所依据标准322
12.1.3光伏阵列布局及支架设计325
12.1.4项目技术亮点334
12.2深圳国际园林花卉博览园1MWP并网光伏发电系统339
12.2.1工程简述339
12.2.2系统设计与安装339
12.2.3工程关键器件与设备的选型340
12.2.4工程设计建设中的几个技术亮点340
12.2.5工程的节能减排效果341

第13章光伏发电在乡村振兴中的应用342
13.1乡村太阳能光伏电站342
13.1.1乡村光伏电站类别342
13.1.2乡村太阳能光伏发电系统的安装施工346
13.2太阳能光伏设施农业353
13.2.1太阳能光伏温室大棚353
13.2.2太阳能光伏水泵系统及光伏灌溉装置355
13.2.3太阳能杀虫灯358

参考文献361

在碳中和、碳达峰的“双碳”目标下，大力发展可再生能源等低碳或零碳能源体系，构建以新能源为主体的新型电力系统，成为能源领域技术变革的战略方向。其中，光伏发电在节约常规能源、保护环境以及促进经济发展方面具有极其重要的现实意义和深远的历史意义。
目前，我国光伏产业取得了令人瞩目的成就，保持了多项世界第一，不断创新，应用市场快速增长，产业规模持续扩大，光伏产品和技术的创新日益活跃，光伏发电的中标电价及成本持续下降。回顾中国光伏事业的发展历程，不禁让人深感振奋与感慨。笔者作为光伏人，所撰写的本书第一版、第二版曾于2012年、2016年由化学工业出版社正式出版。本书第一版还有幸入选“2011年度国家科学技术学术著作出版基金资助项目”，受到了广大读者和同行的认可和欢迎。
为了促进我国太阳能与光伏产业的发展，在此次第三版的编写中，笔者在第二版基础上进一步补充和完善了内容，以满足广大太阳能光伏发电设计与科研人员、生产人员、管理人员及施工建设人员的实际需求。此外，希望本书能为大专院校相关专业的师生，以及关注新能源领域的各界人士提供更多支持和帮助。
在本次编写中，全书仍分为上、下两篇：上篇为基础篇，下篇为应用篇，重点展示了国内外太阳能光伏发电领域的更新技术进展及大量工程实际应用案例。此外，在并网光伏发电系统（包括大型集中式并网光伏电站和屋顶并网光伏发电系统）的工程设计、并网逆变器及光伏电站智能化信息管理平台等方面进行了更深入、更系统的阐述，并对太阳电池及其高效化技术进展进行了详细论述。书中还新增了光伏发电在乡村振兴中的应用等新内容。全书依然保持了前两版脉络清晰、层层递进的特点，从基础和应用角度出发，全面、系统地分析和论述了太阳能光伏发电系统，以及分布式发电与智能微电网的新技术和新成就。此次再版要特别感谢李晓、陈莉娜等同事的热情帮助和支持，同时还要感谢化学工业出版社提供的鼎力支持。
由于笔者时间和精力有限，书中难免存在疏漏和不当之处，恳请读者不吝指正。

编著者
2025年2月