本书首先阐述了“双碳” 背景下太阳能产业发展趋势与政策, 太阳资源的相关常识;然后从太阳能应用角度着手, 阐述了光伏发电原理、分类与组成; 接着详细讲解了光伏发电单元、储能系统、汇流系统、控制与逆变系统、接入系统、电缆选型等内容; 最后从太阳能应用角度出发, 详细讲解了离网与并网发电设计原理与要点、光热利用的各种形式与原理。

本书适合作为普通高等院校能源动力类新能源科学与工程、能源与动力工程、储能与动力工程等相关专业的教材, 也可作为部分高等职业院校光伏工程技术等相关专业的教学参考书及企业员工的岗位培训教材, 还可作为相关专业工程技术人员的参考书。


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党的二十大报告在第十部分指出: “必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念, 站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。” “推动经济社会发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的关键环节。” “立足我国能源资源禀赋, 坚持先立后破, 有计划分步骤实施碳达峰行动。”

2021 年《国务院关于印发2030 年前碳达峰行动方案的通知》指出, 全面推进风电、太阳能发电大规模开发和高质量发展, 因地制宜利用风能、太阳能等可再生能源, 推进清洁能源替代, 提高风电、太阳能发电等应用比重, 深化可再生能源建筑应用, 推广光伏发电与建筑一体化应用, 因地制宜推行太阳能等清洁低碳供暖。到2025 年, 新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50% ; 到2030 年, 非化石能源消费比重达到25% 左右, 顺利实现2030 年前碳达峰目标。

在可再生能源中, 最值得人们关注的是太阳能。太阳能已广泛应用在工业、农业等领域, 太阳能已成为能源革命的主角。如何促进太阳能产业可持续发展,人才培养是关键。人才培养的基础是课程, 而教材对课程质量起着举足轻重的作用。太阳能产业新技术、新动态迭代更新较快, 教材也需根据太阳能产业新技术、新动态进行实时更新, 才能培养出满足产业发展需要的专业人才。

本书首先阐述了“ 双碳” 背景下太阳能产业发展趋势与政策, 太阳资源的相关常识; 然后从太阳能应用角度着手, 阐述了光伏发电原理、分类与组成, 接着详细讲解了光伏发电单元、储能系统、汇流系统、控制与逆变系统、接入系统、电缆选型等内容; 最后从太阳能应用角度出发, 详细讲解了离网与并网发电设计原理与要点、光热利用的各种形式与原理。

本书融合了当今太阳能产业的新政策、新技术、新动态、新应用, 以光伏发电与光热利用为主线, 整合了太阳能产业最新政策、光伏发电单元的最新研究成果、当今主流及未来发展的储能技术、组串式及集中式逆变器等新技术、光伏电站项目开发与选址、离网与并网光伏发电系统设计、光热系统应用等知识, 通过实际工程案例将太阳能转化、利用、存储等知识点融会贯通。

本书适合作为普通高等院校能源动力类新能源科学与工程、能源与动力工程、储能与动力工程等相关专业的教材, 也可作为部分高等职业院校光伏工程技术等相关专业的教学参考书及企业员工的岗位培训教材, 还可作为相关专业工程技术人员的参考书。

本书由新余学院黄建华、王发辉、黄平、罗鹏任主编。全书由张玉清拟定提纲, 由黄建华、王发辉统稿。参加编写的还有黄雪雯、傅欣欣、罗胤祺、黄淑萍、吴欢文。具体编写分工如下: 第1 章及第9 章9. 1、9. 2 节由黄平编写, 第2 章及第10 章由黄建华编写, 第3 章、第7 章由黄雪雯编写, 第4 章由傅欣欣编写,第5 章由罗鹏编写, 第6 章由罗胤祺、黄淑萍共同编写, 第8 章由王发辉编写,第9 章9. 3 节由吴欢文编写。

本书是江西省普通本科高校现代产业学院———新余学院新能源产业学院的建设成果, 在编写过程中得到了晶科能源有限公司、江西赛维LDK 太阳能高科技有限公司、新余市银龙光伏工程有限公司等企业的大力支持, 以及南京瑞途优特信息科技有限公司顾卫钢博士的指导, 在此表示衷心感谢。

在本书编写过程中, 编者查阅了大量的文献资料, 并引用了部分网上的资料, 网上部分资料与文档无法查找原作者, 因此未能在参考文献中列出, 在此对相关作者表示衷心的感谢。

限于编者水平, 书中难免有疏漏和不足之处, 欢迎广大师生和读者提出宝贵意见, 以便本书不断改进和完善。

编？者

2023 年12 月

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第1 章 太阳能产业发展机遇  1
1. 1？ “双碳” 背景下的太阳能产业发展  1
1. 1. 1？ 光伏产业的发展趋势  2
1. 1. 2？ 光热产业的发展趋势  3
1. 2？ “太阳能技术 + ” 模式创新与实践  4
1. 2. 1？ “光伏 + ” 模式创新  5
1. 2. 2？ “光热 + ” 电站开发模式 10
1. 3？ 太阳能产业升级和规模化发展  12
1. 3. 1？ 智能光伏的发展趋势  13
1. 3. 2？ 智能光伏的应用领域  14
1. 3. 3？ 光热发电规模化发展  15
1. 4？ 太阳能产业政策 16
1. 4. 1？ 国务院相关政策  16
1. 4. 2？ 国家发改委相关政策  17
1. 4. 3？ 国家能源局相关政策  19
1. 4. 4？ 其他政策  21
扩展阅读？ 一 “碳” 究竟——— “双碳” 目标下的太阳能应用 22
思考题 23
第2 章 光伏发电概述 24
2. 1？ 太阳辐射基本知识  24
2. 1. 1？ 太阳基本常识  25
2. 1. 2？ 太阳光与光谱  26
2. 1. 3？ 太阳与地球  29
2. 1. 4？ 太阳辐射  32
2. 1. 5？ 全国光资源分布  37
2. 2？ 光伏发电原理  40
2. 2. 1？ 光伏行为来源  40
2. 2. 2？ 光生伏特效应  42
2. 3？ 光伏发电系统分类及组成  43
2. 3. 1？ 光伏发电系统分类  43
2. 3. 2？ 离网光伏发电系统的类型  44
2. 3. 3？ 离网光伏发电系统的组成及各部件功能  45
2. 3. 4？ 并网光伏发电系统  46
2. 3. 5？ 并网光伏发电系统的组成及各部件功能  48
扩展阅读？ 光伏助力乡村振兴  49
思考题 49
第3 章 光伏发电单元 50
3. 1？ 光伏电池  50
3. 1. 1？ 晶硅光伏电池工作原理  51
3. 1. 2？ 晶硅光伏电池生产工艺流程  51
3. 2？ 光伏组件  55
3. 2. 1？ 晶硅光伏组件制备工艺流程  55
3. 2. 2？ 光伏组件分类及其性能参数  56
3. 3？ 光伏阵列运行方式选择  61
3. 3. 1？ 固定式 61
3. 3. 2？ 跟踪式 62
3. 4？ 光伏阵列支架和基础的设计  63
3. 4. 1？ 光伏阵列支架设计  63
3. 4. 2？ 光伏阵列支架基础设计  66
3. 5？ 光伏阵列设计  68
3. 5. 1？ 光伏阵列方位角设计  68
3. 5. 2？ 光伏阵列倾角设计  68
3. 5. 3？ 光伏阵列间距及串并联设计  69
3. 6？ 光伏电站发电量的计算  73
扩展阅读？ 光伏储能一体化实证平台助力光伏发电系统运行  73
思考题 75
第4 章 储能系统  76
4. 1？ 储能的目的与基本原理  76
4. 1. 1？ 储能的目的  76
4. 1. 2？ 储能的基本原理  78
4. 2？ 光伏发电储能系统  78
4. 2. 1？ 光伏发电储能系统概述  78
4. 2. 2？ 抽水蓄能  81
4. 2. 3？ 电化学储能  85
4. 2. 4？ 压缩空气储能  97
4. 2. 5？ 热储能 99
4. 2. 6？ 其他储能方式  100
扩展阅读？ 能源系统未来趋势———综合智慧能源 103
思考题  105
第5 章 控制、 逆变及汇流配电系统  106
5. 1？ 光伏控制器 107
5. 1. 1？ 光伏控制器工作原理及功能  107
5. 1. 2？ 光伏控制器分类及特点  108
5. 1. 3？ 光伏控制器的技术参数  114
5. 2？ 逆变系统  117
5. 2. 1？ 逆变器的分类  117
5. 2. 2？ 逆变器工作原理及相关介绍  119
5. 2. 3？ 逆变器的技术参数  124
5. 2. 4？ 逆变器的简单选型  125
5. 2. 5？ 典型逆变器  125
5. 3？ 汇流箱及配电柜  130
5. 3. 1？ 直流汇流箱  130
5. 3. 2？ 直流配电柜  133
5. 3. 3？ 交流配电柜  134
扩展阅读？ 最大功率点跟踪方法  138
思考题  140
第6 章 箱变系统及系统接入  141
6. 1？ 箱变系统 141
6. 1. 1？ 箱变系统工作原理  142
6. 1. 2？ 箱变系统分类  142
6. 2？ 系统接入 143
6. 2. 1？ 系统接入概述  143
6. 2. 2？ 升压站电气系统  143
6. 2. 3？ 升压站接入系统  148
扩展阅读？ 光伏助力脱贫攻坚  153
思考题  154
第7 章 电？ ？ 缆  155
7. 1？ 电缆种类、 材料组成及选择  155
7. 1. 1？ 电缆的类型  156
7. 1. 2？ 电缆导体材料  156
7. 1. 3？ 电缆绝缘护套材料  156
7. 1. 4？ 光伏系统电缆种类选择  158
7. 2？ 电缆设计选型原则与计算  160
7. 2. 1？ 电缆设计选型原则  160
7. 2. 2？ 电缆设计计算  160
7. 2. 3？ 常用电缆选型  161
扩展阅读？ 电缆敷设与连接  163
思考题  164
第8 章 光伏电站项目开发与选址  165
8. 1？ 光伏电站项目开发  165
8. 1. 1？ 分布式光伏电站项目开发  165
8. 1. 2？ 大型地面光伏电站项目开发  171
8. 2？ 土地利用现状分类及光伏电站选址  174
8. 2. 1？ 土地利用现状分类  174
8. 2. 2？ 光伏电站站址选择  181
8. 2. 3？ 交通运输条件和电力输送  183
8. 3？ 大气环境对光伏电站发电效率的影响  184
8. 3. 1？ 空气因素影响  184
8. 3. 2？ 其他气象因素  184
扩展阅读？ 土地综合利用  186
思考题  186
第9 章 光伏发电系统设计  187
9. 1？ 离网光伏发电系统设计要点  187
9. 1. 1？ 离网光伏发电系统设计路径  188
9. 1. 2？ 离网光伏发电系统容量及串并联设计 193
9. 2？ 离网光伏发电系统设计案例  196
9. 3？ 并网光伏发电系统设计案例  200
9. 3. 1？ 户用并网光伏发电系统设计  200
9. 3. 2？ 地面206. 05 kW 并网光伏发电系统设计 204
扩展阅读？ 推进源网荷储一体化和多能互补  214
思考题  215
第10 章 光热利用技术  216
10. 1？ 太阳能热水系统  217
10. 2？ 太阳能供暖系统  219
10. 3？ 太阳能制冷系统  222
10. 4？ 太阳能光热发电系统  224
扩展阅读？ “光伏+光热” 发电项目 229
思考题  231
参考文献  232
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    黄建华，新余学院 王发辉，新余学院 黄平，新余学院  罗鹏，新余学院

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本书首先阐述了“双碳” 背景下太阳能产业发展趋势与政策, 太阳资源的相关常识;然后从太阳能应用角度着手, 阐述了光伏发电原理、分类与组成; 接着详细讲解了光伏发电单元、储能系统、汇流系统、控制与逆变系统、接入系统、电缆选型等内容; 最后从太阳能应用角度出发, 详细讲解了离网与并网发电设计原理与要点、光热利用的各种形式与原理。

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