光伏系統的PSpice建模

提供了Pspice仿真研究PV發電系統主要問題的核心技術，簡單實用。

基本介紹

• 中文名：光伏系統的PSpice建模
• 作者：（西）Luis Castaner
• 譯者：張曉強
• ISBN：978-7-111-47479-1
• 頁數：295
• 定價：88.00
• 出版社：機械工業出版社
• 出版時間：2015-01
• 裝幀：平裝
• 開本：16
• 叢書名：國際電氣工程先進技術譯叢

內容簡介

本書首先介紹了光伏（PV）系統的一些基本定義和基礎理論知識，在此基礎上利用計算機仿真軟體PSpice對PV系統進行建模。

本書主要內容包括PV系統的光譜回響與短路電流，太陽電池的電氣特性，太陽電池陣列、PV模組和PV發電組件，PV模組與負載和蓄電池連線的建模，功率調節器和逆變器的組婚煉建模，最後介紹了獨立PV系統和併網PV系統以及小型PV系統。

本書適合於從事PV系統、PV電池研究的科研工作人員或企業研發人員參考，同時可作為該專業的高校本科生、研究生和教師的參考用書。

目錄

譯者序

原書序

原書前言

致謝

第1章PV系統與PSpice的簡介1

1.1PV系統1

1.2重要的定義：輻射度和太陽輻射通量1

1.3PSpice基礎知識3

1.4用子電路程式簡化可移植性5

1.5PSpice分段線性源和受控電壓源7

1.6AM1.5G標準太陽光譜密度7

1.7AM0標準太陽光譜密度和黑體輻射對照9

1.8PV系統能量的輸入:可用的太陽輻射通量12

1.9習題15

參考文獻15

第2章光譜回響與短路電流16

2.1介紹16

2.1.1吸收係數α(λ)16

2.1.2反射係數R(λ)17

2.2太陽電池的解析模型18

2.2.1短路光譜電流密度18

2.2.2光譜光子通量20

2.2.3總故請短路宙晚道漿光譜電流密度及其單位20

2.3短路光譜電流密度的PSpice模型21

2.3.1吸收係數的子電路21

2.3.2短路電流子電路模型21

2.4短路電流24

2.5量化效率25

2.6光譜回響26

2.7暗電流密度27

2.8太陽電池的材料28

2.9電流密度的疊加29

2.10DC掃描圖和太陽電池的伏安特性30

2.11非理想電路模型：串並和分流電阻及其組合項32

2.12習題32

參考埋故邀文獻33

第3章太陽電池的電氣特性34

3.1理想等效電路34

3.2理想太陽電池的PSpice模型35

3.3開路電壓37

3.4最大功率點38

3.5填充因子和能量轉換效率40

3.6太陽電池的廣義模型42

3.7太陽電池的廣義PSpice模型43

3.8串聯電阻對短路電流和開路電壓的影響44

3.9串聯電阻對填充因子的影響45

3.10並聯電阻的影響47

3.11複合二極體的影響48

3.12溫度影響48

3.13空間輻射的影響52

3.14太陽電池的行為模型56

3.15用太陽電池行為模型和PWL電源來模擬太陽電池對溫度和光照

強度時間序列的回響59

3.15.1時間單位59

3.15.2變數單熱巴求位59

3.16習題61

參考文獻62

第4章太陽電池陣列、PV模組和PV發電組件63

4.1介紹63

4.2太陽電池串聯63

4.2.1相同的太陽電池組合64

4.2.2相同的太陽電池在不同光照條件下的組合：熱斑問題64

4.2.3串聯太陽電池中的旁路二極體65

4.3太陽電池的並聯67

4.4地面PV模組69

4.5PV模組的標準特性與任意光照和溫度條件下特性的轉化73

4.6單個PV模組的PSpice行為模型74

4.7PV模組中的熱斑問題和安全操作區域77

4.8PV陣列78

4.9PV發電組和PV發電站的擴展81

4.10習題82

參考文獻83

第5章PV模組與負載和蓄電池連線的建模84

5.1直流負載直接連線到PV模組84

5.2PV水泵系統85

5.2.1直流串勵電動機PSpice電路85

5.2.2離心泵PSpice模型86

5.2.3參數提取87

5.2.4一個PV陣列—直流串勵電動機離心泵系多和尋府統的PSpice仿真90

5.3PV模組連線到一槳臘斷個電池和負載92

5.3.1鉛酸蓄電池特性92

5.3.2鉛酸蓄電池PSpice模型95

5.3.3根據廠家參數調整的PSpice模型100

5.3.4在現實的PV系統條件下的電池模型101

5.3.5簡化後的PSpice電池模型107

5.4習題108

參考文獻109

第6章功率調節器和逆變器的建模110

6.1介紹110

6.2阻流二極體110

6.3充電調節111

6.3.1並聯調節器111

6.3.2串聯調節器115

6.4最大功率點跟蹤119

6.4.1基於DC-DC降壓變換器的MPPT120

6.4.2基於DC-DC升壓變換器的MPPT121

6.4.3MPPT PSpice行為模型122

6.5逆變器128

6.5.1逆變器拓撲的PSpice模型130

6.5.2與PV發電裝置直接連線的逆變器的PSpice行為模型136

6.5.3和電池相連的逆變器的PSpice行為模型141

6.6習題145

參考文獻146

第7章獨立PV系統148

7.1獨立PV系統148

7.2等效峰值日照時數的概念149

7.3 PV系統中的能量平衡：簡化估算PV陣列容量的過程152

7.4 PV系統中的日常能量平衡155

7.4.1瞬時功率失調155

7.4.2夜間負載157

7.4.3日間負載157

7.5 PV系統的季節性能量平衡159

7.6獨立PV系統中的電池容量簡化計算方法160

7.7隨機輻射時間序列162

7.8負載不足機率164

7.9 PSpice仿真結果與監測結果對比170

7.10獨立PV系統的長期PSpice仿真：一個案例研究173

7.11水泵PV系統的長期PSpice仿真176

7.12習題178

參考文獻179

第8章併網PV系統180

8.1介紹180

8.2通用系統181

8.3相關技術問題182

8.3.1孤島保護182

8.3.2電壓擾動182

8.3.3頻率擾動183

8.3.4斷路183

8.3.5併網失敗後的重連183

8.3.6注入電網的直流分量183

8.3.7接地183

8.3.8EMI183

8.3.9功率因數183

8.4併網PV系統逆變器的PSpice模型184

8.5交流模組PSpice模型189

8.6併網PV系統的估算和能量平衡192

8.7習題203

參考文獻203

第9章小型PV系統204

9.1介紹204

9.2小型PV系統的特殊要求204

9.3輻射度和光通量204

9.4光通量和照度205

9.4.1距離平方律206

9.4.2光通量和照度之間的關係206

9.5人造光源產生的PV電池短路電流密度206

9.5.1照度的影響209

9.5.2量子效率的影響209

9.6在人造光源照射下PV電池的伏安特性曲線210

9.7AM1.5G光譜的照度等效 211

9.8隨機蒙特卡羅分析212

9.9典型套用研究：太陽能袖珍計算器215

9.10LED照明 216

9.11典型套用研究：光信號報警218

9.11.1PSpice產生輻射的隨機時間時序220

9.11.2閃爍式照明系統的長時間仿真222

9.12典型套用：路燈照明系統225

9.13習題226

參考文獻226

附錄227

附錄A第1章用到的PSpice檔案227

附錄B第2章用到的PSpice檔案236

附錄C第3章用到的PSpice檔案239

附錄D第4章用到的PSpice檔案244

附錄E第5章用到的PSpice檔案253

附錄F第6章用到的PSpice檔案254

附錄G第7章用到的PSpice檔案258

附錄H第8章用到的PSpice檔案267

附錄I第9章用到的PSpice檔案269

附錄J太陽電池基本理論摘要280

附錄K任意取向表面輻射的估計284

3.9串聯電阻對填充因子的影響45

3.10並聯電阻的影響47

3.11複合二極體的影響48

3.12溫度影響48

3.13空間輻射的影響52

3.14太陽電池的行為模型56

3.15用太陽電池行為模型和PWL電源來模擬太陽電池對溫度和光照

強度時間序列的回響59

3.15.1時間單位59

3.15.2變數單位59

3.16習題61

參考文獻62

第4章太陽電池陣列、PV模組和PV發電組件63

4.1介紹63

4.2太陽電池串聯63

4.2.1相同的太陽電池組合64

4.2.2相同的太陽電池在不同光照條件下的組合：熱斑問題64

4.2.3串聯太陽電池中的旁路二極體65

4.3太陽電池的並聯67

4.4地面PV模組69

4.5PV模組的標準特性與任意光照和溫度條件下特性的轉化73

4.6單個PV模組的PSpice行為模型74

4.7PV模組中的熱斑問題和安全操作區域77

4.8PV陣列78

4.9PV發電組和PV發電站的擴展81

4.10習題82

參考文獻83

第5章PV模組與負載和蓄電池連線的建模84

5.1直流負載直接連線到PV模組84

5.2PV水泵系統85

5.2.1直流串勵電動機PSpice電路85

5.2.2離心泵PSpice模型86

5.2.3參數提取87

5.2.4一個PV陣列—直流串勵電動機離心泵系統的PSpice仿真90

5.3PV模組連線到一個電池和負載92

5.3.1鉛酸蓄電池特性92

5.3.2鉛酸蓄電池PSpice模型95

5.3.3根據廠家參數調整的PSpice模型100

5.3.4在現實的PV系統條件下的電池模型101

5.3.5簡化後的PSpice電池模型107

5.4習題108

參考文獻109

第6章功率調節器和逆變器的建模110

6.1介紹110

6.2阻流二極體110

6.3充電調節111

6.3.1並聯調節器111

6.3.2串聯調節器115

6.4最大功率點跟蹤119

6.4.1基於DC-DC降壓變換器的MPPT120

6.4.2基於DC-DC升壓變換器的MPPT121

6.4.3MPPT PSpice行為模型122

6.5逆變器128

6.5.1逆變器拓撲的PSpice模型130

6.5.2與PV發電裝置直接連線的逆變器的PSpice行為模型136

6.5.3和電池相連的逆變器的PSpice行為模型141

6.6習題145

參考文獻146

第7章獨立PV系統148

7.1獨立PV系統148

7.2等效峰值日照時數的概念149

7.3 PV系統中的能量平衡：簡化估算PV陣列容量的過程152

7.4 PV系統中的日常能量平衡155

7.4.1瞬時功率失調155

7.4.2夜間負載157

7.4.3日間負載157

7.5 PV系統的季節性能量平衡159

7.6獨立PV系統中的電池容量簡化計算方法160

7.7隨機輻射時間序列162

7.8負載不足機率164

7.9 PSpice仿真結果與監測結果對比170

7.10獨立PV系統的長期PSpice仿真：一個案例研究173

7.11水泵PV系統的長期PSpice仿真176

7.12習題178

參考文獻179

第8章併網PV系統180

8.1介紹180

8.2通用系統181

8.3相關技術問題182

8.3.1孤島保護182

8.3.2電壓擾動182

8.3.3頻率擾動183

8.3.4斷路183

8.3.5併網失敗後的重連183

8.3.6注入電網的直流分量183

8.3.7接地183

8.3.8EMI183

8.3.9功率因數183

8.4併網PV系統逆變器的PSpice模型184

8.5交流模組PSpice模型189

8.6併網PV系統的估算和能量平衡192

8.7習題203

參考文獻203

第9章小型PV系統204

9.1介紹204

9.2小型PV系統的特殊要求204

9.3輻射度和光通量204

9.4光通量和照度205

9.4.1距離平方律206

9.4.2光通量和照度之間的關係206

9.5人造光源產生的PV電池短路電流密度206

9.5.1照度的影響209

9.5.2量子效率的影響209

9.6在人造光源照射下PV電池的伏安特性曲線210

9.7AM1.5G光譜的照度等效 211

9.8隨機蒙特卡羅分析212

9.9典型套用研究：太陽能袖珍計算器215

9.10LED照明 216

9.11典型套用研究：光信號報警218

9.11.1PSpice產生輻射的隨機時間時序220

9.11.2閃爍式照明系統的長時間仿真222

9.12典型套用：路燈照明系統225

9.13習題226

參考文獻226

附錄227

附錄A第1章用到的PSpice檔案227

附錄B第2章用到的PSpice檔案236

附錄C第3章用到的PSpice檔案239

附錄D第4章用到的PSpice檔案244

附錄E第5章用到的PSpice檔案253

附錄F第6章用到的PSpice檔案254

附錄G第7章用到的PSpice檔案258

附錄H第8章用到的PSpice檔案267

附錄I第9章用到的PSpice檔案269

附錄J太陽電池基本理論摘要280

附錄K任意取向表面輻射的估計284