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光伏系统的PSpice建模

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标签: 光伏

光伏

本书首先介绍了光伏(PV)系统的一些基本定义和基础理论知识,在此基础上利用计算机仿真软件PSpice对PV系统进行建模。

本书主要内容包括PV系统的光谱响应与短路电流,太阳电池的电气特性,太阳电池阵列、PV模块和PV发电组件,PV模块与负载和蓄电池连接的建模,功率调节器和逆变器的建模,最后介绍了独立PV系统和并网PV系统以及小型PV系统。

本书适合于从事PV系统、PV电池研究的科研工作人员或企业研发人员参考,同时可作为该专业的高校本科生、研究生和教师的参考用书。

译者序

原书序

原书前言

致谢

第1章PV系统与PSpice的简介1

1.1PV系统1

1.2重要的定义:辐射度和太阳辐射通量1

1.3PSpice基础知识3

1.4用子电路程序简化可移植性5

1.5PSpice分段线性源和受控电压源7

1.6AM1.5G标准太阳光谱密度7

1.7AM0标准太阳光谱密度和黑体辐射对照9

1.8PV系统能量的输入:可用的太阳辐射通量12

1.9习题15

参考文献15

第2章光谱响应与短路电流16

2.1介绍16

2.1.1吸收系数α(λ)16

2.1.2反射系数R(λ)17

2.2太阳电池的解析模型18

2.2.1短路光谱电流密度18

2.2.2光谱光子通量20

2.2.3总短路光谱电流密度及其单位20

2.3短路光谱电流密度的PSpice模型21

2.3.1吸收系数的子电路21

2.3.2短路电流子电路模型21

2.4短路电流24

2.5量化效率25

2.6光谱响应26

2.7暗电流密度27

2.8太阳电池的材料28

2.9电流密度的叠加29

2.10DC扫描图和太阳电池的伏安特性30

2.11非理想电路模型:串并和分流电阻及其组合项32

2.12习题32

参考文献33

第3章太阳电池的电气特性34

3.1理想等效电路34

3.2理想太阳电池的PSpice模型35

3.3开路电压37

3.4最大功率点38

3.5填充因子和能量转换效率40

3.6太阳电池的广义模型42

3.7太阳电池的广义PSpice模型43

3.8串联电阻对短路电流和开路电压的影响44

3.9串联电阻对填充因子的影响45

3.10并联电阻的影响47

3.11复合二极管的影响48

3.12温度影响48

3.13空间辐射的影响52

3.14太阳电池的行为模型56

3.15用太阳电池行为模型和PWL电源来模拟太阳电池对温度和光照

强度时间序列的响应59

3.15.1时间单位59

3.15.2变量单位59

3.16习题61

参考文献62

第4章太阳电池阵列、PV模块和PV发电组件63

4.1介绍63

4.2太阳电池串联63

4.2.1相同的太阳电池组合64

4.2.2相同的太阳电池在不同光照条件下的组合:热斑问题64

4.2.3串联太阳电池中的旁路二极管65

4.3太阳电池的并联67

4.4地面PV模块69

4.5PV模块的标准特性与任意光照和温度条件下特性的转化73

4.6单个PV模块的PSpice行为模型74

4.7PV模块中的热斑问题和安全操作区域77

4.8PV阵列78

4.9PV发电组和PV发电站的扩展81

4.10习题82

参考文献83

第5章PV模块与负载和蓄电池连接的建模84

5.1直流负载直接连接到PV模块84

5.2PV水泵系统85

5.2.1直流串励电动机PSpice电路85

5.2.2离心泵PSpice模型86

5.2.3参数提取87

5.2.4一个PV阵列—直流串励电动机离心泵系统的PSpice仿真90

5.3PV模块连接到一个电池和负载92

5.3.1铅酸蓄电池特性92

5.3.2铅酸蓄电池PSpice模型95

5.3.3根据厂家参数调整的PSpice模型100

5.3.4在现实的PV系统条件下的电池模型101

5.3.5简化后的PSpice电池模型107

5.4习题108

参考文献109

第6章功率调节器和逆变器的建模110

6.1介绍110

6.2阻流二极管110

6.3充电调节111

6.3.1并联调节器111

6.3.2串联调节器115

6.4最大功率点跟踪119

6.4.1基于DC-DC降压变换器的MPPT120

6.4.2基于DC-DC升压变换器的MPPT121

6.4.3MPPT  PSpice行为模型122

6.5逆变器128

6.5.1逆变器拓扑的PSpice模型130

6.5.2与PV发电装置直接连接的逆变器的PSpice行为模型136

6.5.3和电池相连的逆变器的PSpice行为模型141

6.6习题145

参考文献146

第7章独立PV系统148

7.1独立PV系统148

7.2等效峰值日照时数的概念149

7.3  PV系统中的能量平衡:简化估算PV阵列容量的过程152

7.4  PV系统中的日常能量平衡155

7.4.1瞬时功率失调155

7.4.2夜间负载157

7.4.3日间负载157

7.5  PV系统的季节性能量平衡159

7.6独立PV系统中的电池容量简化计算方法160

7.7随机辐射时间序列162

7.8负载不足概率164

7.9  PSpice仿真结果与监测结果对比170

7.10独立PV系统的长期PSpice仿真:一个案例研究173

7.11水泵PV系统的长期PSpice仿真176

7.12习题178

参考文献179

第8章并网PV系统180

8.1介绍180

8.2通用系统181

8.3相关技术问题182

8.3.1孤岛保护182

8.3.2电压扰动182

8.3.3频率扰动183

8.3.4断路183

8.3.5并网失败后的重连183

8.3.6注入电网的直流分量183

8.3.7接地183

8.3.8EMI183

8.3.9功率因数183

8.4并网PV系统逆变器的PSpice模型184

8.5交流模块PSpice模型189

8.6并网PV系统的估算和能量平衡192

8.7习题203

参考文献203

第9章小型PV系统204

9.1介绍204

9.2小型PV系统的特殊要求204

9.3辐射度和光通量204

9.4光通量和照度205

9.4.1距离平方律206

9.4.2光通量和照度之间的关系206

9.5人造光源产生的PV电池短路电流密度206

9.5.1照度的影响209

9.5.2量子效率的影响209

9.6在人造光源照射下PV电池的伏安特性曲线210

9.7AM1.5G光谱的照度等效  211

9.8随机蒙特卡罗分析212

9.9典型应用研究:太阳能袖珍计算器215

9.10LED照明  216

9.11典型应用研究:光信号报警218

9.11.1PSpice产生辐射的随机时间时序220

9.11.2闪烁式照明系统的长时间仿真222

9.12典型应用:路灯照明系统225

9.13习题226

参考文献226

附录227

附录A第1章用到的PSpice文件227

附录B第2章用到的PSpice文件236

附录C第3章用到的PSpice文件239

附录D第4章用到的PSpice文件244

附录E第5章用到的PSpice文件253

附录F第6章用到的PSpice文件254

附录G第7章用到的PSpice文件258

附录H第8章用到的PSpice文件267

附录I第9章用到的PSpice文件269

附录J太阳电池基本理论摘要280

附录K任意取向表面辐射的估计284

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