太陽能光伏發電系統的設計與施工：第4版》主要介紹太陽能光伏發電系統的設備構成，太陽能電池組件的電力特性、強度、標準及認證、安裝分類，功率調節器的工作原理、功能、種類和選擇，相關設備和部件如接線盒、蓄電池、避雷針，太陽能光伏發電系統的設計、施工、維護檢查和測量。后一章和附錄還介紹太陽能光伏發電系統的相關法令和手續，以及日本主要地區的日照量數據、太陽能電池陣列用支撐物設計標準、關于太陽能電池組件廢棄處理的相關事項等，該部分對國內相關部門及企業具有較高參考價值。
太陽能光伏發電系統的設計與施工：第4版》可作為從事太陽能應用相關領域工作的技術人員、研發人員及管理人員的技術指導書，也可供工科院校相關專業師生參考。
日)一般社團法人太陽光發電協會
Chapter 1 太陽能光伏發電系統
1.1 太陽能光伏發電系統概要
1.1.1 太陽能光伏發電系統的構成
1.1.2 PV系統的種類
1.2 PV系統的設備構成
1.2.1 太陽能電池組件和太陽能電池陣列
1.2.2 功率調節器
Chapter 2 太陽能電池組件
2.1 何謂太陽能電池組件
2.1.1 太陽能電池的原理
2.1.2 太陽能電池的種類
2.1.3 太陽能電池組件的構造
2.1.4 太陽能電池組件的構成
2.2 太陽能電池組件的電力特性
2.2.1 太陽能電池的輸出特性,I-V特性
2.2.2 光譜感度特性
2.2.3 熱斑及旁路二極管
2.2.4 陰影與I-V特性
2.2.5 光劣化、退化效果
2.2.6 串并聯與I-V特性
2.2.7 防止逆流元件
2.3 太陽能電池組件的強度
2.4 太陽能電池組件的標準及認證
2.5 太陽能電池組件的安裝分類
Chapter 3 功率調節器
3.1 功率調節器的概要
3.1.1 功率調節器的功能
3.1.2 功率調節器的電路方式
3.1.3 無變壓器方式的電路構成
3.1.4 逆變器原理
3.2 功率調節器的基本動作
3.3 功率調節器的功能
3.3.1 自動運行停止功能
3.3.2 較大功率跟蹤控制功能
3.3.3 單獨運行防止功能
3.3.4 自動電壓調整功能
3.3.5 直流檢測功能
3.3.6 直流接地檢測功能
3.4 停電時的獨立運行系統
3.5 系統并網保護裝置
3.5.1 保護裝置的設置
3.5.2 新型獨立運行檢測方法
3.5.3 系統擾動時的故障穿越
3.6 功率調節器的種類和選擇
3.6.1 功率調節器的規格
3.6.2 住宅用功率調節器(單相)的選定
3.6.3 產業用功率調節器的選定
Chapter 4 相關設備和部件
4.1 接線盒
4.1.1 接線盒的分類
4.1.2 接線盒的選擇
4.1.3 接線盒的熱問題
4.1.4 施工時注意事項
4.2 交流側的設備
4.2.1 分電盤
4.2.2 電表
4.3 蓄電池
4.3.1 并網系統用蓄電池的選擇
4.3.2 獨立電源系統用蓄電池的選擇
4.3.3 蓄電池的安裝
4.4 避雷措施
4.4.1 關于雷電
4.4.2 雷電浪涌對策
4.4.3 避雷元件的選擇
Chapter 5 太陽能光伏發電系統的設計
5.1 太陽光與日照
5.2 發電量的計算
5.2.1 發電量計算的步驟
5.2.2 區域日照圖介紹
5.2.3 發電量的計算實例(斜頂住宅的場合
5.2.4 發電量的計算實例(地面或平頂住宅的場合
5.2.5 日照與陰影
5.2.6 太陽高度與方位角
5.2.7 陰影發生時的損失
5.3 住宅用PV系統的設計
5.3.1 從設計到施工的流程
5.3.2 事前調查(現場調查
5.3.3 設計
5.3.4 設計及施工上的注意點
5.3.5 防火措施
5.3.6 相關法規
5.4 地面或平頂住宅用PV系統的設計
5.4.1 設計條件的整理
5.4.2 設計細節
5.4.3 太陽能電池陣列用支架的設計
5.4.4 太陽能電池陣列用支架的強度計算
5.5 地面或平頂住宅安裝太陽能電池陣列的基礎部分設計
5.6 PV系統的電氣設計
Chapter 6 太陽能發電系統的施工
6.1 施工步驟及注意事項
6.1.1 產業用PV系統的施工步驟及管理要點
6.1.2 安全措施
6.1.3 保養、防護
6.2 搬運作業
6.2.1 搬運時的注意事項
6.2.2 吊車規格
6.3 基礎工程
6.3.1 平面屋頂支架的基
6.3.2 地腳螺栓
6.3.3 重量基礎(放置基
6.4 太陽能電池陣列支架工程
6.4.1 平面屋頂支架
6.4.2 傾斜屋頂(坡頂)支架
6.5 設備安裝工程
6.5.1 太陽能電池組件的安裝
6.5.2 周邊設備的安裝
6.6 電氣布線工程
6.6.1 電纜、配管的選擇
6.6.2 配管、布線工程
6.6.3 太陽能電池陣列的檢查
6.6.4 防火區貫通部分的處理
6.6.5 接地工程
6.6.6 避雷措施
6.6.7 計量、顯示系統
6.7 試運行調整及檢查
6.7.1 試運行調整
6.7.2 竣工檢查
6.8 相關施工標準
6.9 住宅用PV系統的施工
6.9.1 住宅用PV系統的施工順序
6.9.2 施工方法的選擇
6.9.3 具體施工方法
Chapter 7 太陽能光伏發電系統的維護檢查和測量
7.1 太陽能光伏發電系統的維護檢查
7.1.1 系統工程竣工時的檢查
7.1.2 日常檢查
7.1.3 定期檢查
7.2 檢查方法和試驗方法
7.2.1 外觀檢查
7.2.2 運行狀況的確認
7.2.3 太陽能電池陣列輸出功率的檢查
7.2.4 絕緣電阻的測量
7.2.5 絕緣耐壓的測量
7.2.6 接地電阻的測量
7.2.7 并網保護裝置的試驗
7.3 PV系統的測量
7.3.1 測量、顯示所必需的設備
7.3.2 住宅用系統
7.3.3 試驗研究用系統
7.3.4 氣象測量
7.3.5 PR用顯示裝置
Chapter 8 太陽能光伏發電系統的相關法令和手續
8.1 PV系統的相關法令
8.1.1 《電氣事業法》的相關法令
8.1.2 電氣設備
8.1.3 事業用電氣設備的技術標準
8.1.4 適合PV系統技術標準的義務
8.1.5 關于系統并網的技術要點指南
8.1.6 系統并網用功率調節器(逆變器)等的認證制度
8.1.7 太陽能電池組件的認證制度(JETPVm認證
8.2 安裝PV系統的手續
8.3 與電力公司的協議
8.4 電氣安全協會和安全管理業務的委托合同
8.4.1 電氣主任技師選任和申報
8.4.2 委托電氣安全協會的安全管理
附錄
附錄1 《關于確保電力品質的系統并網技術要點指南》及《電氣設備技術標準解釋》
附錄2 日本主要地區的日照量數據
附錄3 太陽能電池陣列用支撐物設計標準(JIS C 8955
附錄4 關于太陽能電池組件廢棄處理的相關法律事項
附錄5 太陽能發電的專門用語
參考文獻
Chapter1 太陽能光伏發電系統
太陽能光伏發電系統(PhotovoltaicPowerGeneratingSystem，簡稱PV系統)有很多類型。這里以在日本普及最廣泛的住宅用PV系統為例進行說明。
住宅用PV系統如圖1.1所示，由屋頂等位置安裝的太陽能電池陣列(包括太陽能電池組件、支架等)、在室內(或室外)安裝的功率調節器(包含逆變器和并網保護裝置等)以及連接這些設備的布線及接線盒、安裝在交流側的電表等構成。
這種方式稱為并網型PV系統。太陽能電池產生直流電，直流電通過功率調節器轉換為交流電后并入電網，可以與電力公司提供的交流電一起使用。
產業用PV系統如圖1.2所示。它的基本結構與住宅用PV系統相同，不過住宅用PV系統多與電力公司的單相3線的200V低壓相連，而產業用PV系統在廠區內有受變電設備的場合，多與三相3線的6600V的高壓相連(但功率調節器與三相3線的200V低壓相連)。此外，在產業用PV系統中，還經常看到有設置測量發電量和日照量的測量系統及顯示即時發電量的顯示系統等。
1.1太陽能光伏發電系統概要
住宅用PV系統基本上是3～5kW的規模，一般設置在屋頂上，而產業用PV系統的規模從數千瓦到1000kW以上，設置場所多在工廠及樓房等建筑物的屋頂、墻面、天窗或地面上，根據用途不同可設置在各種場合。
PV系統也屬于發電設備，和火力發電及水力發電一樣遵從《電氣事業法》規定。以前PV系統作為自家用發電設備處理，根據電氣主任技師的選任和安全條例需要定期檢查。不過，該法于1995年12月被修訂，規定和家庭一般電氣設備一起安裝的小功率(低壓并網且不足20kW)PV系統，作為一般電氣設備處理，并且不再需要選任電氣主任技師，定期檢查也改為自主檢查。還有，PV系統的電氣工程可以由持有第二類電氣工程師資格證書者施工。此外，2011年6月，該法的實施細則部分被修改，由“20kW”放寬到“50kW”。
還有，2004年10月《電氣設備技術標準解釋》(以下簡稱《電技解釋》)被修訂實施，在產業用PV系統中，關于系統并網事項更加明確，有關《電氣事業法》請參照第8章內容。
Chapter1 太陽能光伏發電系統
如圖1.3所示，PV系統大體上分為與商用電網并網的并網型系統和獨立型系統。并網型系統根據并網的商用電網的電壓分為特高壓并網、高壓并網和低壓并網。獨立型系統分為蓄電池并用型、無蓄電池型和與風力發電并用的混合型系統。在安裝PV系統時，應根據用途選擇合適的系統。下面介紹具有代表性的系統。
圖1.3 PV系統的分類
并網型系統
日本國內采用的PV系統基本上是并網型系統。并網型系統分為有逆流系統和無逆流系統兩種(圖1.4)。在有逆流系統中，若產生剩余電力，電力公司可以購買剩余電力，在2009年11月剩余電力的購買制度被實施。由于PV系統的輸出功率受天氣情況影響，為了使住宅等能夠穩定使用電力，需要和電力公司的電網系統并網運行。
有逆流系統的動作如圖1.5所示。在晴天等太陽能電池輸出大于設施(家庭)內的電力需求時，即發電量有剩余的場合，則向電力公司的電網逆流送入，由電力公司買進。在陰天等太陽能電池輸出小于設施內的電力需求時，不足部分則由電力公司的電網補充。在夜間等太陽能電池沒有輸出的場
1.1太陽能光伏發電系統概要
合，像原來那樣，由電力公司的電網供電。此外，停電時，與電力公司電網脫離的場合，多采用能夠向緊急負荷(緊急照明、通信設備等)供給電力的帶有自主運行功能的系統。
圖1.4 并網型系統
圖1.5 并網系統的動作
Chapter1 太陽能光伏發電系統
無逆流系統主要是在工廠等設施內電力需求通常比PV系統的輸出電力大，很少產生逆流的場合下采用。在無逆流系統中，無法確認PV系統產生的剩余電力是否逆流送入電力公司電網，因此，即使產生很小的逆流的場合，系統也應該具有降低PV系統的輸出電力或者停止PV系統運行的功能。
另外，PV系統根據并網的電力系統的電壓，分為低壓并網、高壓并網和特高壓并網等種類，不同分類的保護裝置等并網事項在《電技解釋》中均有規定，請參照。
獨立型系統
沒有與電力公司的配電線并網的系統稱為獨立型系統。獨立型系統一般的構成如圖1.6所示。在這種系統中要把使用的電量限制在PV系統的發電量以下，考慮到夜間和雨天PV系統不能發電，此時需要由蓄電池供給電力，蓄電池必須預先充電。這樣的系統多在離電力公司電網較遠的山區?島嶼等地區采用。最近，在防災用的路燈、防災無線電系統等領域也被使用。獨立型系統有小到給計算器供電的功率不到1W的系統，也有大到向道路信息顯示板供電的數瓦至數千瓦的系統。它有多種多樣的實用型系統。沒有蓄電池的系統，僅限于在太陽能電池發電時使用，如地板下面的換氣扇、公園的噴水設備等使用的潛水泵等系統。此外，近年還出現了附帶風車的太陽能電池路燈等與其他自然能源組合的混合型系統。
圖1.6 獨立型系統
1.2PV系統的設備構成
關于構成PV系統的主要設備，這里對其功能和目的等進行簡單敘述。詳細介紹請參照第3章～第5章。
1.2PV系統的設備構成
這里以普及最廣的硅系太陽能電池組件為例進行說明。太陽能電池中能把光能轉換成電能的最小單位是“太陽能電池單體”。太陽能電池單體一般是邊長為10～15cm的硅板上形成pn結的半導體的一種。由于太陽能電池單體本身產生的電壓約0.5V，比較低，因此使用時需要串聯連接成電池組件進行使用。
太陽能電池組件
將數十個太陽能電池單體進行耐候性封裝，可以構成太陽能電池組件。在太陽能電池組件內，太陽能電池單體以適當方式相連接，可以得到需要的電壓和輸出功率。太陽能電池組件的轉換效率，單晶硅太陽能電池為15%～17%，多晶硅太陽能電池為13%～15%，非晶硅太陽能電池為6%～10%，化合物太陽能電池(CIS，CIGS等)為11%～12%。
太陽能電池陣列
用鋼材等將太陽能電池組件安裝在屋頂或地面上，這些太陽能電池組件的組合就是太陽能電池陣列。圖1.7為太陽能電池單體、太陽能電池組件及太陽能電池陣列之間的關系。太陽能電池陣列由若干個太陽能電池組件串聯及并聯連接構成，并且能夠得到相應的直流電壓和輸出功率。
圖1.7 太陽能電池陣列
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