光伏電站運(yùn)維培訓(xùn)教材

目錄

第一章太陽能電池板......................................9

1.1發(fā)電原理.............................................9

1.2太陽能電池板組成....................................10

1.3光伏電池分類........................................12

1.4電池板參數(shù)..........................................14

1.5光伏板的溫度效應(yīng)....................................16

1.6熱斑效應(yīng)及檢測(cè)方法..................................18

第二章支架部分.........................................21

2.1支架材料............................................21

2.2支架安裝方式........................................22

2.3支架結(jié)構(gòu)............................................23

2.3.1固定支架太陽能電池板方陣安裝角度計(jì)算..............24

2.3.2三種結(jié)構(gòu)的發(fā)電效率對(duì)比............................27

第三章逆變器...........................................28

3.1逆變器的工作原理....................................28

3.2逆變器的工作特點(diǎn)....................................30

3.3逆變器的常見故障....................................32

3.4逆變器的結(jié)構(gòu)........................................33

第四章匯流箱...........................................36

1

4.1匯流箱的工作原理....................................36

4.2匯流箱的工作特點(diǎn)....................................36

4.3匯流箱的常見故障....................................37

4.4匯流箱的結(jié)構(gòu)........................................37

第五章電纜.............................................38

5.1電力電纜型號(hào)各部分的代號(hào)及其含義.....................39

5.1.1電纜各部分代碼....................................39

5.1.2常用代碼..........................................40

5.1.3省略原則..........................................40

5.1.4常見耐火電纜型號(hào)介紹及用途說明....................41

5.1.5主要內(nèi)容..........................................41

5.2電纜的種類與特點(diǎn)....................................43

5.2.1阻燃橡套電纜......................................43

5.2.2核級(jí)電纜..........................................43

5.2.3裸電線及裸導(dǎo)體制品................................44

5.2.4電力電纜..........................................45

5.2.5通訊電纜及光纖....................................45

5.2.6柔性防火電纜......................................45

5.2.7新產(chǎn)品............................................46

5.3電纜選擇技巧........................................47

5.3.1一般原則..........................................47

5.3.2截面校驗(yàn)..........................................48

2

5.4電纜的安全與保護(hù)....................................52

5.4.1安全要求..........................................52

5.4.2保護(hù)措施..........................................52

5.4.3存放方法..........................................53

5.5電纜的老化與故障....................................54

5.5.1老化原因..........................................54

5.5.2常見故障..........................................55

5.6電纜運(yùn)行要求........................................56

5.7電線電纜的安裝施工..................................58

5.8電纜性能驗(yàn)收試驗(yàn)....................................60

5.8.1試驗(yàn)條件..........................................60

5.8.2試驗(yàn)種類及說明....................................60

5.9電纜重點(diǎn)試驗(yàn)預(yù)試要求................................62

5.9.1實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作安排：..............................62

5.9.2人員要求..........................................62

5.9.3危險(xiǎn)點(diǎn)分析........................................62

5.9.4安全措施..........................................63

5.9.5試驗(yàn)分工..........................................63

5.9.6試驗(yàn)程序..........................................64

5.9.7試驗(yàn)總結(jié)..........................................69

5.9.8試驗(yàn)記錄..........................................69

第六章高壓斷路器.......................................70

3

6.1高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)................................71

6.1.1斷路器的技術(shù)參數(shù)..................................72

6.2油斷路器............................................75

6.2.1油斷路器的概念....................................75

6.2.2油斷路器的結(jié)構(gòu)....................................76

6.2.3油斷路器的巡視檢查項(xiàng)目............................80

6.3真空斷路器..........................................81

6.3.1真空斷路器概念....................................81

6.3.2真空滅弧室結(jié)構(gòu)和真空斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)..............81

6.3.3真空斷路器的巡回檢查項(xiàng)目..........................82

6.4六氟化硫斷路器......................................83

6.4.1六氟化硫斷路器的概念..............................83

6.4.2六氟化硫斷路器的結(jié)構(gòu)..............................83

6.5六氟化硫斷路器的巡視檢查項(xiàng)目.........................86

6.6空氣斷路器..........................................87

6.6.1空氣斷路器的概念..................................87

6.6.2空氣斷路器的滅弧性能及結(jié)構(gòu)........................87

6.6.3空氣斷路器的巡視檢查項(xiàng)目..........................90

6.7隔離開關(guān)............................................91

6.7.1隔離開關(guān)的功用....................................91

6.7.2對(duì)隔離開關(guān)的要求及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)......................91

6.7.3隔離開關(guān)的巡視檢查項(xiàng)目............................94

4

6.8低壓開關(guān)............................................95

6.8.1低壓自動(dòng)空氣開關(guān)..................................95

6.8.2低壓開關(guān)的巡視檢查項(xiàng)目............................97

第七章光伏電站變壓器...................................98

7.1變壓器的工作原理....................................98

7.2光伏電站100MW主變壓器..............................99

7.3光伏電站箱變........................................104

7.4光伏電站站用變與中性點(diǎn)接地變........................106

7.5變壓器的運(yùn)行與維護(hù).................................107

第八章光伏電站電流、電壓互感器........................116

8.1電流互感器與電壓互感器的工作原理....................116

8.2光伏發(fā)電站電流互感器...............................117

8.3電流互感器的運(yùn)行與維護(hù).............................118

8.4光伏發(fā)電站電壓互感器...............................120

8.5電壓互感器的運(yùn)行與維護(hù).............................123

第九章光伏電站避雷器..................................127

9.1避雷器的工作原理...................................127

9.2避雷器的種類和應(yīng)用場(chǎng)合.............................128

9.3光伏電站避雷器.....................................129

9.4避雷器的運(yùn)行與維護(hù).................................131

第十章UPS部分........................................133

10.1UPS系統(tǒng)構(gòu)成.......................................133

5

10.2UPS的工作原理.....................................134

10.3UPS運(yùn)行及維護(hù).....................................135

10.4故障排除..........................................137

第H^一章直流系統(tǒng)......................................138

11.1直流系統(tǒng)的基本組成部件及其基本功能如下：...........138

11.2直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)..................................139

11.3直流系統(tǒng)故障及處理................................140

11.3.1直流系統(tǒng)故障接地的分析.........................140

11.3.2查找接地故障時(shí)的注意事項(xiàng)........................142

第十二章變電站通訊部分................................143

12.1變電站通信設(shè)備....................................143

12.2變電站運(yùn)行維護(hù)及巡視檢查..........................143

12.2.1巡視、檢查....................................144

12.3故障處理..........................................144

12.4：引用材料........................................145

第十三章電站監(jiān)控......................................145

13.1概述...............................................145

13.2計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)....................................148

13.2.1光伏發(fā)電設(shè)備及逆變器的計(jì)算機(jī)監(jiān)控單元............150

13.3箱式升壓子站和升壓站的監(jiān)控單元....................152

13.3.1升壓站的監(jiān)控....................................152

13.3.2有功功率控制系統(tǒng)................................155

6

13.3.3自動(dòng)電壓控制子系統(tǒng)（AVC）功能...................157

13.4常見故障及其處理..................................158

13.4.1遙測(cè)的常見故障及處理............................160

13.4.2遙信的常見故障及處理............................161

13.4.3其他設(shè)備常見故障及處理..........................162

第十四章繼電保護(hù)......................................163

14.1輸電線路保護(hù)配置與整定計(jì)算........................163

14.1.1保護(hù)的類型......................................163

14.1.2線路上的故障類型及特征..........................164

14.1.3三段式電流保護(hù)的整定計(jì)算.......................168

14.2四、距離保護(hù)的整定計(jì)算...........................170

14.2.1階段式零序電流保護(hù)的整定........................173

14.3電力變壓器非電量保護(hù)..............................174

14.3.1電力變壓器非電量保護(hù)概況........................174

14.3.2瓦斯保護(hù)原理及運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)..................175

14.3.3壓力釋放閥的保護(hù)原理及運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)..........178

14.3.4壓力突變保護(hù)原理及運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)..............180

14.3.5溫控器保護(hù)原理及運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)................181

14.3.6油位計(jì)的保護(hù)原理及運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)..............185

14.4主變差動(dòng)保護(hù)......................................186

14.4.1變壓器差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)............................186

14.4.2差動(dòng)保護(hù)的主要功能及技術(shù)要求....................187

7

14.4.3差動(dòng)保護(hù)中的差動(dòng)速斷的作用......................188

14.4.4差動(dòng)保護(hù)與瓦斯保護(hù)的區(qū)別........................188

14.4.5變壓器過激磁對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響....................189

14.5變壓器后備保護(hù)....................................192

14.5.1過電流保護(hù)......................................192

14.5.2二、復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)....................193

14.5.3負(fù)序電流和單相式低壓過電流保護(hù)..................193

14.5.4變壓器的過負(fù)荷保護(hù)..............................193

14.610KV母線保護(hù)......................................194

14.6.110KV母線保護(hù)裝置配置功能........................195

14.6.2母線差動(dòng)保護(hù)....................................195

14.6.3母聯(lián)充電保護(hù)....................................195

14.6.4母聯(lián)過流保護(hù)....................................196

14.6.5五、母聯(lián)失靈與母聯(lián)死區(qū)保護(hù)......................196

14.6.6母聯(lián)非全相保護(hù)..................................197

14.6.7斷路器失靈保護(hù)..................................197

14.6.8母線運(yùn)行方式識(shí)別................................197

14.6.9交流電壓斷線檢查................................198

14.7逆變器保護(hù)........................................198

第十五章電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置簡(jiǎn)介........................199

15.1變電所綜合自動(dòng)化基本功能..........................200

第十六章光伏電站知識(shí)題庫.........................199

8

第一章太陽能電池板

1.1發(fā)電原理

太陽電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)

生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч瑁嗑Ч?，非晶硅，碎?/p>

鉉，硒錮銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體硅為例描述光發(fā)

電過程。

P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。當(dāng)光線照射太

陽電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原

子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位

差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電

路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的的實(shí)質(zhì)是：光能轉(zhuǎn)換成電能的過

9

N整率厚粒

正丸r一一④丘o十由一狂一

P型半里掂

太密隹率/依品月

苗片受光遇貍中帝正篤的正孔在P型區(qū)移勘

率員奇的亞往N型位移財(cái)

一一一一一一一一9一一。

①①①①6①十十④①

p窗正電懶厚絳

晶月殳光篌^^孑/N反黃電金流出黃奇

1.2太陽能電池板組成

產(chǎn)業(yè)梃

單晶硅棒單晶硅片單晶硅太陽能電池

多晶硅錠多晶硅片多晶硅太陽能電池

太陽能電池板主要由以下部件組成:

10

組成部分

鋼化玻璃其作用為保護(hù)發(fā)電主體（如電池片），透光其選用是有

要求的，L透光率必須高（一般91%以上）；2.超白鋼化處理

EVA用來粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（如電池片），透明EVA

材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)

黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量除了EVA本身

的質(zhì)量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不

達(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)度不夠，都會(huì)引起EVA提早老化,

影響組件壽命。

光伏電池片主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場(chǎng)上主流的是晶體硅

太陽電池片、薄膜太陽能電池片，兩者各有優(yōu)劣晶體硅太陽能電池片，

設(shè)備成本相對(duì)較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉(zhuǎn)換效率也高,

在室外陽光下發(fā)電比較適宜薄膜太陽能電池，相對(duì)設(shè)備成本較高，但

消耗和電池成本很低，但光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)晶體硅電池片一半多點(diǎn)，

但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，如計(jì)算器上的太陽能電

池。

EVA作用如上，主要粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板

背板作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須

11

耐老化，大部分組件廠家都質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒

問題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)到要求。）

鋁合金保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用

接線盒保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件

短路接線盒自動(dòng)斷開短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統(tǒng)接線盒中最關(guān)鍵

的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對(duì)應(yīng)的二極管也

不相同

硅膠密封作用，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交

界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠，國內(nèi)普遍使用硅膠，

工藝簡(jiǎn)單，方便，易操作，而且成本很低。

太陽能電池板的使用壽命由電池片，鋼化玻璃，EVA,TPT等的

材質(zhì)決定，一般會(huì)用好一點(diǎn)材料的廠家做出來的電池板使用壽命可以

達(dá)到25年，但隨著環(huán)境的影響，太陽能電池板的材料會(huì)隨著時(shí)間的

變化而老化。一般情況下用到20年功率會(huì)衰減30%,用到25年功率

會(huì)衰減70%。

1.3光伏電池分類

單晶硅光伏電池

單晶硅光伏電池是開發(fā)較早、轉(zhuǎn)換率最高和產(chǎn)量較大的一種光伏

電池。單晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率在中國已經(jīng)平均達(dá)到16.5%,而實(shí)驗(yàn)

室記錄的最高轉(zhuǎn)換效率超過了24.7%.這種光伏電池一般以高純的單

晶硅硅棒為原料，純度要99.9999%o目前單晶硅太陽能電池的光電

12

轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的達(dá)到24%,這是目前所有種類的太陽能

電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大

量廣泛和普遍地使用。

多晶硅光伏電池

多晶硅光伏電池是以多晶硅材料為基體的光伏電池。由于多晶硅

材料多以澆鑄代替了單晶硅的拉制過程，因而生產(chǎn)時(shí)間縮短，制造成

本大幅度降低。再加之單晶硅硅棒呈圓柱狀，用此制作的光伏電池也

是圓片，但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，此外,

多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短，因而組成

光伏組件后光能利用率較低。與單晶硅光伏電池相比，多晶硅光伏電

池就顯得具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

非晶硅光伏電池

非晶硅光伏電池是用非晶態(tài)硅為原料制成的一種新型薄膜電池。

非晶態(tài)硅是一種不定形晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。用它制作的光伏電池只有

1微米厚度，相當(dāng)于單晶硅光伏電池的1/300.它的工藝制造過程與單

晶硅和多晶硅相比大大簡(jiǎn)化，硅材料消耗少，單位電耗也降低了很

多。

非晶硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，硅材料

消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶

硅太陽電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國際先進(jìn)水平

為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率衰減。

多元化合物太陽能電池

多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽

電池。現(xiàn)在各國研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以

下幾種：硫化鎘太陽能電池、碎化線太陽能電池與銅錮硒太陽能電池。

1.4電池板參數(shù)

一、電氣特性

太陽能電池板組件

短路電流溫度系數(shù)：±0.05%℃

開路電壓溫度系數(shù)：-0.33%℃

功率溫度系數(shù)：-0.23%℃

工作電流溫度系數(shù)：+0.08%℃

工作電壓溫度系數(shù)：-0.33%℃

最大系統(tǒng)電壓：1000V

絕緣系數(shù)：^lOOMOhm

擊穿電壓：AC2000V,DC3000V

抗風(fēng)力系數(shù)

60m/s(200kg/sq.m)

抗壓能力

100Kg/m2

耐撞擊系數(shù)

能承受227g鋼球從1m高掉下的撞擊

環(huán)境溫度

14

±45℃

良好耐候性

防風(fēng)，防冰雹

電氣參數(shù)

輸出電壓：是指把光伏電池置于100mW/cnf的光源照射下，且光

伏電池輸出兩端開路時(shí)所測(cè)得的輸出電壓值。

光伏電池的開路電壓與入射光輻照度的對(duì)數(shù)成正比，與環(huán)境溫度

成反比。與電池面積的大小無關(guān)。

短路電流：是指將光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出短路時(shí)

流過光伏電池兩端的電流。測(cè)量短路電流的一般方法是，用內(nèi)阻小于

1歐的電流表接到光伏電池的兩端進(jìn)行測(cè)量。最大輸出功率(Pm)：

最大輸出工作電壓(Vpm)X最大輸出工作電流(1pm)。

開路電壓(Voc)：正負(fù)極間為開路狀態(tài)時(shí)的電壓。

短路電流(Isc)：正負(fù)極間為短路狀態(tài)時(shí)流過的電流。

最大輸出工作電壓(Vpm)：輸出功率最大時(shí)的工作電壓。

最大輸出工作電流(1pm)：輸出最大功率時(shí)的工作電流。

伏安特性曲線：是指太陽能電池組件把接收的光能轉(zhuǎn)換成電能，

其輸出電流I——電壓V的特性曲線。

太陽能電池的效率要判別一個(gè)太陽能電池性能的好壞，最重要的

就是轉(zhuǎn)換效率(h),轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算公式：

廣Im*Vm(atAM1.5.1000W/m2,25℃)

Eff=2

S?Ptn(atAM1.5.1000W/m,25℃)

其中Pin為太陽能光入射功率,

15

Pm為最大輸出功率，Im與Vm分別為在最大輸出功率時(shí)的電流

與電壓。

1.5光伏板的溫度效應(yīng)

光伏組件的溫度

太陽能電池封裝進(jìn)光伏組件里所產(chǎn)生的一個(gè)多余的邊際效應(yīng)是，

封裝改變了組件內(nèi)熱量的進(jìn)出狀況，因此增加組件的溫度。溫度的增

加對(duì)電池的主要影響是減小電池的輸出電壓，從而降低輸出功率。此

外，溫度的增加也會(huì)導(dǎo)致光伏組件中出現(xiàn)幾個(gè)電池惡化，因?yàn)樯仙?/p>

溫度也會(huì)增加與熱擴(kuò)散有關(guān)的壓力，或者增加惡化率，即每上升10°

C惡化量就增加2個(gè)。

工作溫度決定于組件產(chǎn)生的熱量、向外傳輸?shù)臒崃亢椭車h(huán)境的

溫度之間的平衡。而組件產(chǎn)生的熱量決定于組件所在的工作點(diǎn)、組件

的光學(xué)特性和電池的封裝密組件度。組件向外散發(fā)熱量可以分為三個(gè)

過程：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。這些散發(fā)過程決定于組件材料的熱阻抗、

組件的發(fā)光特性和組件所處的環(huán)境條件（特別是風(fēng)速）。

光伏電池的熱量生成

太陽能電池板曬在陽光之下的光伏電池即產(chǎn)生熱又產(chǎn)生電。對(duì)于

工作在最大功率點(diǎn)處的商業(yè)光伏組件來說，只有10%到15%的太陽光

被轉(zhuǎn)換成電，而剩下的大部分都變成了熱。影響組件的熱生成的幾個(gè)

因素包括：

組件表面的反射;

16

組件所處的工作點(diǎn)；

組件中沒有被電池片占據(jù)的空白部分對(duì)陽光的吸收；

組件或電池對(duì)低能光（紅外光）的吸收；

表面反射

被組件表面反射出去的光對(duì)電能的產(chǎn)生沒有貢獻(xiàn)。這些光也被看

作是能量損失的因素，因此要盡量減少。當(dāng)然，反射光也不會(huì)使組件

加熱。對(duì)于典型玻璃表面封裝光伏組件來說，反射光中包含了大約

4%的入射能量。

組件的工作點(diǎn)和效率

電池的工作點(diǎn)和效率決定了電池吸收的光子中能轉(zhuǎn)換成電能的

數(shù)量。如果電池工作在短路電流或開路電壓處，則產(chǎn)生的電能為零，

即把所有光能都轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池的封裝密度。

光伏組件對(duì)光的吸收

光伏組件中沒有被電池片占據(jù)的部分同樣也會(huì)加熱組件。吸收和

反射的光的比例決定于組件背面的材料和顏色。

紅外光的吸收

能量低于電池材料禁帶寬度的光將不能產(chǎn)生電能，相反會(huì)變成熱

量使電池溫度上升。而電池背面的鋁線也趨向于吸收紅外光。如果電

池的背面沒有被鋁完全覆蓋，則部分紅外光將穿過電池并射出組件。

太陽能電池的封裝因素

太陽能電池經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)使得它能更有效率地吸收太陽光輻射。

電池本身通常能比組件封裝材料和電池背表面層產(chǎn)生更多的熱量。因

17

此，電池封裝材料的增加也將增加電池單位面積產(chǎn)生的熱量。

1.6熱斑效應(yīng)及檢測(cè)方法

一、太陽電池組件熱斑效應(yīng)

太陽電池組件通常安裝在地域開闊、陽光充足的地帶。在長(zhǎng)期使

用中難免落上飛鳥、塵土、落葉等遮擋物，這些遮擋物在太陽電池組

件上就形成了陰影，在大型太陽電池組件方陣中行間距不適合也能互

相形成陰影。由于局部陰影的存在，太陽電池組件中某些電池單片的

電流、電壓發(fā)生了變化。其結(jié)果使太陽電池組件局部電流與電壓之積

增大，從而在這些電池組件上產(chǎn)生了局部溫升。太陽電池組件中某些

電池單片本身缺陷也可能使組件在工作時(shí)局部發(fā)熱，這種現(xiàn)象叫“熱

斑效應(yīng)”。

在實(shí)際使用太陽電池中，若熱斑效應(yīng)產(chǎn)生的溫度超過了一定極限

將會(huì)使電池組件上的焊點(diǎn)熔化并毀壞柵線，從而導(dǎo)致整個(gè)太陽電池組

件的報(bào)廢。據(jù)國外權(quán)威統(tǒng)計(jì)，熱斑效應(yīng)使太陽電池組件的實(shí)際使用壽

命至少減少10%o

熱斑現(xiàn)象是不可避免的，盡管太陽電池組件安裝時(shí)都要考慮陰影

的影響，并加配保護(hù)裝置以減少熱斑的影響。為表明太陽電池能夠在

規(guī)定的條件下長(zhǎng)期使用，需通過合理的時(shí)間和過程對(duì)太陽電池組件進(jìn)

行檢測(cè)，確定其承受熱斑加熱效應(yīng)的能力。

二、檢測(cè)方法

確定太陽電池組件承受熱斑加熱能力的檢測(cè)試驗(yàn)叫“熱斑耐久試

18

驗(yàn)”。熱斑耐久試驗(yàn)過程需嚴(yán)格遵循國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61215-2005,試驗(yàn)

內(nèi)容大致如下：

1.裝置

(1)輻照源1,穩(wěn)態(tài)太陽模擬器或自然光，輻照度不低于700W/

m\不均勻度不超過±2%,瞬時(shí)不穩(wěn)定度在±5%以內(nèi)。

(2)輻照源2,C類(或更好)的穩(wěn)態(tài)太陽模擬器或自然光，其輻照

2

度為1000W/m±10%o

(3)太陽電池組件I-V曲線測(cè)試儀。

(4)一組對(duì)試驗(yàn)太陽電池組件遮光增量為5%的不透明蓋板。

(5)一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟忍綔y(cè)器。

2.程序

在太陽電池組件試驗(yàn)前應(yīng)安裝廠商推薦的熱斑保護(hù)裝置。

(1)將不遮光的組件在輻照源1下照射，測(cè)試其IT特性和最大

功率點(diǎn)。

(2)使組件短路，組件在穩(wěn)定的輻照源1照射下，用適當(dāng)?shù)臏囟?/p>

探測(cè)器測(cè)定最熱的電池單片。

(3)完全擋住選定的電池單片，用輻照源2照射組件。在此過程

中組件的溫度應(yīng)該在50℃±10℃o

(4)保持此狀態(tài)經(jīng)過5小時(shí)的曝曬。

(5)再次測(cè)定組件的I-V特性和最大功率點(diǎn)。

3.要求

(1)太陽電池組件無嚴(yán)重外觀缺陷；

19

⑵太陽電池組件最大輸出功率的衰減不超過試驗(yàn)前測(cè)試值的

5%；

由試驗(yàn)過程得知，熱斑耐久試驗(yàn)的最終目的是對(duì)太陽電池組件廠

商的產(chǎn)品質(zhì)量有嚴(yán)格要求，而試驗(yàn)過程也對(duì)試驗(yàn)裝置有準(zhǔn)確的規(guī)定。

試驗(yàn)中，關(guān)鍵裝置輻照源的選擇有穩(wěn)態(tài)太陽模擬器和自然光這2種。

眾所周知，自然光具有眾多非人為的不穩(wěn)定因素，諸如地區(qū)分布、氣

候變化、風(fēng)向、溫度等。根據(jù)實(shí)地測(cè)試，上海地區(qū)夏季正常晴天的中

午自然光輻照度僅為700-8001丫/疔，很難達(dá)到1000W/itf的試驗(yàn)要求，

更談何持續(xù)5小時(shí)的曝曬。

綜上，熱斑耐久試驗(yàn)通常使用穩(wěn)態(tài)太陽模擬器對(duì)太陽電池組件進(jìn)

行檢測(cè)。中心自主研發(fā)的熱斑耐久檢測(cè)設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室模擬熱斑條件的

必需設(shè)備，利用此設(shè)備進(jìn)行熱斑耐久加速試驗(yàn)可以盡早暴露質(zhì)量問

題，降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品可靠性和使用壽命，不僅適用于組件熱

斑試驗(yàn)，同時(shí)也滿足早期光衰減試驗(yàn)要求。設(shè)備參數(shù)如下：

(1)有效照射面積：1600mm*1000

(2)最大輻射強(qiáng)度：AlOOOW/nf

(3)光源光譜分布：C級(jí)

(4)均勻度：±9.2%,C級(jí)

(5)瞬時(shí)不穩(wěn)定度：±3%,C級(jí)

(6)人機(jī)界面控制：PLC控制，樣品溫度、穩(wěn)定度、副照度實(shí)時(shí)

顯示和積分功能。

20

第二章支架部分

2.1支架材料

目前我國普遍使用的太陽能電池板材料從材質(zhì)上可以分為：混凝

土支架、不銹鋼支架、鋁合金支架和碳鋼支架。

混凝土支架主要應(yīng)用在大型光伏電站上，因其自重大，只能安放

于野外，且基礎(chǔ)較好的地區(qū)，但穩(wěn)定性高可以支撐尺寸巨大的電池板。

鋁合金支架一般用在民用建筑屋頂太陽能應(yīng)用上，由于鋁合金具

有耐腐蝕、質(zhì)量輕、美觀耐用的特點(diǎn)，但其承載力低，無法應(yīng)用在太

陽能電站項(xiàng)目上。另外鋁合金的價(jià)格比熱鍍鋅后的鋼材稍高。

鋼支架性能穩(wěn)定，制造工藝成熟，承載力高，安裝簡(jiǎn)便，廣泛應(yīng)

用于民用、工業(yè)太陽能光伏和太陽能電站中。其中，型鋼均為工廠生

產(chǎn)，規(guī)格統(tǒng)一，性能穩(wěn)定，防腐性能優(yōu)良，外形美觀。值得一提的是,

組合鋼支架系統(tǒng)，其現(xiàn)場(chǎng)安裝，只需要使用特別設(shè)計(jì)的連接件將槽鋼

拼裝即可，施工速度快無需焊接，從而保證了防腐層的完整性。這種

產(chǎn)品的缺點(diǎn)是連接件工藝復(fù)雜，種類繁多，對(duì)生產(chǎn)制造、設(shè)計(jì)要求高,

因此價(jià)格不菲。

碳鋼表面做熱鍍鋅處理，戶外使用30年不生銹。特點(diǎn)：無焊接、

無鉆孔、100%可調(diào)、100%可重復(fù)利用。碳鋼太陽能支撐系統(tǒng)不僅是太

陽能支架材料節(jié)約成本的最優(yōu)選擇，并且具備良好的性能

21

2.2支架安裝方式

從連接方式上劃分，太陽能支架的安裝可以簡(jiǎn)單地分為焊接和拼

裝式兩種。

焊接支架對(duì)型鋼（角鋼）生產(chǎn)工藝要求低，連接強(qiáng)度較好，價(jià)格

低廉，是目前市場(chǎng)普遍采用的支架連接形式。但焊接支架也有一些自

身缺點(diǎn)，例如連接點(diǎn)防腐難度大，如果涂刷油漆，則每1至2年油漆

層會(huì)發(fā)生剝落，需要重新涂刷，后續(xù)維護(hù)費(fèi)用較高；另外在野外施工

時(shí)，特別是離網(wǎng)地區(qū)安裝時(shí)，焊接用電成本較高；施工速度慢，不夠

美觀等。隨著我國城市化水平的提高，居民對(duì)建筑物美觀的要求越來

越高，民用建筑中使用的光伏支架系統(tǒng)，則不太適合使用焊接支架。

為了克服這些缺點(diǎn)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了以槽型鋼為主要支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)件

的成品支架。拼裝支架的最顯著優(yōu)點(diǎn)是拼裝、拆卸速度快，無需焊接;

所有支架構(gòu)件均為工廠生產(chǎn)，防腐涂層均勻，耐久性好；施工速度快,

美觀。但是要做到以上幾點(diǎn)，并不容易首先，要做到槽鋼之間連接方

便，必須根據(jù)各種連接情況，設(shè)計(jì)出不同的拼接件和固定裝置。連接

固定裝置必須能夠牢固的連接拼裝件和槽鋼，可以在槽鋼的任意位置

被固定鎖緊，且安裝拆卸方便。其次，槽鋼之間的連接需要確保牢固，

例如通過齒牙咬合等。最后，整段槽鋼的現(xiàn)場(chǎng)切割需要盡量做到精準(zhǔn)、

方便，還不能切斷背孔。這就需要槽鋼增加刻度標(biāo)記，方便施工人員

現(xiàn)場(chǎng)切割。

22

2.3支架結(jié)構(gòu)

太陽能電池支架按照幾樓分類可以分為固定式與追蹤式。追蹤式

支架又可以分為：?jiǎn)屋S追蹤、雙軸追蹤與斜軸追蹤。（見下圖）

一、固定式

23

單軸追蹤式

雙軸追蹤式

追蹤式的結(jié)構(gòu)由光強(qiáng)檢測(cè)元件、控制器、伺服電機(jī)和箱體等組成

2.3.1固定支架太陽能電池板方陣安裝角度計(jì)算

太陽能電池板方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角

（向東偏設(shè)定為負(fù)角度，向西偏設(shè)定為正角度）。一般情況下，方陣

朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0°）時(shí)，太陽電池發(fā)電量

是最大的。在偏離正南（北半球）30°度時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約

10%?15%；在偏離正南（北半球）60°時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約

20%?30%。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大時(shí)刻是在中

24

午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時(shí)，在午后時(shí)刻可獲得最大

發(fā)電功率。在不同的季節(jié)，太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都

有獲得發(fā)電量最大的時(shí)候。方陣設(shè)置場(chǎng)所受到許多條件的制約，例如,

在地面上設(shè)置時(shí)土地的方位角、在屋頂上設(shè)置時(shí)屋頂?shù)姆轿唤?，或?/p>

是為了躲避太陽陰影時(shí)的方位角，以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計(jì)規(guī)

劃、建設(shè)目的等許多因素都有關(guān)系。如果要將方位角調(diào)整到在一天中

負(fù)荷的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，請(qǐng)參考下述的公式。至于并

網(wǎng)發(fā)電的場(chǎng)合，希望綜合考慮以上各方面的情況來選定方位角。方位

角=（一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻（24小時(shí)制）一12）X15+（經(jīng)度一

116）,日射量與時(shí)間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié)，各個(gè)方位的日

射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣的。

2.傾斜角

傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，并希望此夾角是

方陣一年中發(fā)電量為最大時(shí)的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與

當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時(shí)，相應(yīng)的傾斜角也大。但是，和

方位角一樣，在設(shè)計(jì)中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾斜角

（斜率大于50%-60%）等方面的限制條件。對(duì)于積雪滑落的傾斜角，

即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況，因此，特別

是在并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中，并不一定優(yōu)先考慮積雪的滑落，此外，還要

進(jìn)一步考慮其它因素。對(duì)于正南（方位角為0°度），傾斜角從水平

（傾斜角為0°度）開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時(shí)，其日射量不斷

增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾

25

斜角大于50°?60°以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放

置時(shí)，發(fā)電量下降到最小。方陣從垂直放置到10°?20。的傾斜放

置都有實(shí)際的例子。對(duì)于方位角不為0°度的情況，斜面日射量的值

普遍偏低，最大日射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。以上

所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間的關(guān)系，對(duì)于具體設(shè)計(jì)某一個(gè)方

陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進(jìn)一步同實(shí)際情況結(jié)合起來考慮。因

此光伏電站傾斜角為38度

3.陰影對(duì)發(fā)電量的影響

一般情況下，我們?cè)谟?jì)算發(fā)電量時(shí)，是在方陣面完全沒有陰影的

前提下得到的。因此，如果太陽電池不能被日光直接照到時(shí)，那么只

有散射光用來發(fā)電，此時(shí)的發(fā)電量比無陰影的要減少約10%?20%。

針對(duì)這種情況，我們要對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行校正。通常，在方陣周圍有

建筑物及山峰等物體時(shí)、太陽出來后，建筑物及山的周圍會(huì)存在陰影,

因此在選擇敷設(shè)方陣的地方時(shí)應(yīng)盡量避開陰影。如果實(shí)在無法躲開，

也應(yīng)從太陽電池的接線方法上進(jìn)行解決，使陰影對(duì)發(fā)電量的影響降低

到最低程度。另外，如果方陣是前后放置時(shí)，后面的方陣與前面的方

陣之間距離接近后，前邊方陣的陰影會(huì)對(duì)后邊方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影

響。有一個(gè)高為L(zhǎng)1的竹竿，其南北方向的陰影長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,太陽高度

（仰角）為A,在方位角為B時(shí)，假設(shè)陰影的倍率為R,則

R=L2/Ll=ctgAXcosB

此式應(yīng)按冬至那一天進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)?，那一天的陰影最長(zhǎng)。例如

方陣的上邊緣的高度為hl,下邊緣的高度為h2,貝IJ：方陣之間的距

26

^a=(hl-h2)XRO當(dāng)緯度較圖時(shí)，方陣之間的距禺加大，相應(yīng)地

設(shè)置場(chǎng)所的面積也會(huì)增加。對(duì)于有防積雪措施的方陣來說，其傾斜角

度大，因此使方陣的高度增大，為避免陰影的影響，相應(yīng)地也會(huì)使方

陣之間的距離加大。通常在排布方陣陣列時(shí)，應(yīng)分別選取每一個(gè)方陣

的構(gòu)造尺寸，將其高度調(diào)整到合適值，從而利用其高度差使方陣之間

的距離調(diào)整到最小。具體的太陽電池方陣設(shè)計(jì)，在合理確定方位角與

傾斜角的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行全面的考慮，才能使方陣達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.3.2三種結(jié)構(gòu)的發(fā)電效率對(duì)比

下圖為三種結(jié)構(gòu)形式的電池板支架在相同環(huán)境下發(fā)電效率的對(duì)

比

A1O

(4Z.

也A1O

唱1

A0.一水平面

2

M88..O

5.O?—固定傾緯度角

D0

聊4Z.O單軸水平跟蹤

凝O雙軸全跟蹤

螂0.0

固定緯度角：比水平面提高14%；

單軸水平跟蹤：比水平面提高40%；

單軸跟蹤傾緯度角：比水平面提高51%；

雙軸高精度跟蹤：比水平面提高56%o

27

第三章逆變器

3.1逆變器的工作原理

太陽能逆變器的電路拓?fù)淙鐖D1所示，『a)是單相并網(wǎng)逆變器電

路拓?fù)?，bb)是三相并網(wǎng)逆變器電路拓?fù)?。從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看屬于

電壓型控制逆變電路。從控制方式上屬于電流控制型電路。

a)b)

圖1逆變器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

太陽能逆變器電路的基本工作原理，以圖2的單相光伏逆變電路

分析，圖3為單相光伏逆變器運(yùn)行向量圖。

圖2單相光伏逆變電路

圖3單相光伏逆變器運(yùn)行向量圖

28

按照正弦波和載波比較方式對(duì)S1-S4進(jìn)行控制，交流側(cè)AB處產(chǎn)

生SPWM波uAB,uAB中含有基波分量和高次諧波，在LS的濾波作用

下高次諧波可以忽略，當(dāng)uAB的頻率與電網(wǎng)一致時(shí)，s也是和電網(wǎng)一

致的正弦波，i在電源電壓一定的條件下，is的幅值和相位僅有uAB

的基波的幅值和相位決定，這樣電路可以實(shí)現(xiàn)整流、逆變以及無功

補(bǔ)償?shù)茸饔?。在圖3所示是電路的運(yùn)行向量圖中，從左上角順時(shí)針依

次是整流運(yùn)行，逆變運(yùn)行，無功補(bǔ)償運(yùn)行，Is超前6角運(yùn)行。在太

陽能逆變器電路的基本控制方法中，光伏逆變器對(duì)于功率因數(shù)有較高

要求，為了準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)逆變，需要對(duì)輸出電流進(jìn)行控制，通

常的電流控制方式有兩種：其一是間接電流控制，也稱為相位幅值控

制，按照?qǐng)D3的向量關(guān)系控制輸出電流,控制原理簡(jiǎn)單，但精度較差,

一般不采用；其二是直接電流控制，給出電流指令，直接采集輸出電

流反饋，這種控制方法控制精度高，準(zhǔn)確率好，系統(tǒng)魯棒性好，得到

廣泛應(yīng)用。

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)作為接入電力系統(tǒng)的裝置，需要設(shè)定合理的保護(hù)措

施保護(hù)發(fā)電設(shè)備的安全以及電網(wǎng)的安全；孤島效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生很多不良影

響，光伏系統(tǒng)作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的典型代表，如何準(zhǔn)確測(cè)定孤島效

應(yīng)也是監(jiān)控保護(hù)單元的重要作用；太陽能光伏電站尤其是大規(guī)模的光

伏電站往往建設(shè)在荒漠和無人區(qū)，智能電量管理和系統(tǒng)狀況檢測(cè)上報(bào)

也是光伏發(fā)電系統(tǒng)需要重點(diǎn)考慮的因素。

29

3.2逆變器的工作特點(diǎn)

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)作為接入電力系統(tǒng)的裝置，需要設(shè)定合理的保護(hù)措

施保護(hù)發(fā)電設(shè)備的安全以及電網(wǎng)的安全。逆變器作為光伏發(fā)電的并網(wǎng)

點(diǎn)，相應(yīng)的保護(hù)是整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的重要部分，也是逆變器的重要工作

特點(diǎn)。

根據(jù)逆變器的工作特點(diǎn)，可以在又威脅系統(tǒng)安全的潛在危險(xiǎn)，逆

變器并入的電網(wǎng)支路存在過載風(fēng)險(xiǎn)，孤島危險(xiǎn)，影響穩(wěn)態(tài)電網(wǎng)或動(dòng)態(tài)

電網(wǎng)穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)因素，頻率上升進(jìn)而威脅到系統(tǒng)穩(wěn)定性，電網(wǎng)自身

維護(hù)、修善等工作的需要，電網(wǎng)管理工作的需要等情況時(shí)，需要對(duì)逆

變器的有功功率輸出進(jìn)行限制，具體操作步驟可以根據(jù)逆變器說明書

進(jìn)行操作。同時(shí)，逆變器還可以更具需要提供無功輸出。

逆變器的保護(hù)功能是逆變器正常運(yùn)行，保護(hù)電網(wǎng)，保證發(fā)電的重

要特點(diǎn)，其相關(guān)保護(hù)說明如表1所列。

表1逆變器保護(hù)說明表

直流過電壓保護(hù)當(dāng)光伏陣列的直流電壓超出允許電壓范圍時(shí)，即直流電壓

大于1000V時(shí)，逆變器會(huì)停止工作，同時(shí)發(fā)出警示信號(hào)，并在液

晶上顯示故障類型。逆變器能夠迅速檢測(cè)到異常電壓并作出反

應(yīng)。

電網(wǎng)過/欠壓保護(hù)當(dāng)逆變器交流輸出端電壓超出允許范圍時(shí)，逆變器停止向

電網(wǎng)供電，同時(shí)發(fā)出警示信號(hào)，并在液晶上顯示故障類型。逆變

器能夠迅速檢測(cè)到異常電壓并作出反應(yīng)。

頻率異常保護(hù)當(dāng)逆變器檢測(cè)到電網(wǎng)頻率波動(dòng)超出允許范圍時(shí)，逆變器停

止向電網(wǎng)供電，同時(shí)發(fā)出警示信號(hào)，并在液晶上顯示故障類型。

逆變器能夠迅速檢測(cè)到異常頻率并作出反應(yīng)。

防孤島效應(yīng)保護(hù)“孤島效應(yīng)”指在電網(wǎng)失電情況下，若逆變器輸出端的局

部負(fù)載的諧振頻率與電網(wǎng)的額定頻率相等時(shí)，那么逆變器將會(huì)繼

續(xù)工作。發(fā)電設(shè)備仍作為孤立電源對(duì)負(fù)載供電這一現(xiàn)象。“孤島

效應(yīng)”對(duì)設(shè)備和人員的安全存在重大隱患，體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1、當(dāng)檢修人員停止電網(wǎng)的供電，并對(duì)電力線路和電力設(shè)備進(jìn)行

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檢修時(shí)，若并網(wǎng)光伏電站的逆變器仍繼續(xù)供電，會(huì)造成檢修人員

傷亡事故；2、當(dāng)因電網(wǎng)故障造成停電時(shí)，若并網(wǎng)逆變器仍繼續(xù)

供電，一旦電網(wǎng)恢復(fù)供電，電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)逆變器的輸出電壓在

相位上可能存在較大差異，會(huì)在這一瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電流，

導(dǎo)致設(shè)備損壞。

極性反接保護(hù)當(dāng)光伏陣列的極性接反時(shí)，逆變器能迅速保護(hù)而不會(huì)被損

壞，極性正接后，逆變器能正常工作。

過載保護(hù)當(dāng)光伏陣列輸出的功率超過逆變器允許的最大直流輸入功

率時(shí).，逆變器將會(huì)限流工作在允許的最大交流輸出功率處，在持

續(xù)工作7小時(shí)或溫度超過允許值的任何一種情況下，逆變器應(yīng)停

止向電網(wǎng)供電?；謴?fù)正常后，逆變器能正常工作。

接地保護(hù)逆變器具有接地保護(hù)功能，接地線安置了漏電流傳感器，

當(dāng)檢測(cè)到漏電流超過5A時(shí)，系統(tǒng)立即發(fā)出指令，使機(jī)器停止運(yùn)

行，并通過液晶顯示故障類型。

模塊過溫保護(hù)逆變器的IGBT模塊使用了高精度的溫度傳感器,能夠?qū)崟r(shí)

監(jiān)測(cè)模塊溫度，當(dāng)溫度出現(xiàn)過高情況時(shí)，使逆變器停止運(yùn)行或降

額輸出，以保護(hù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

機(jī)內(nèi)過溫保護(hù)逆變器內(nèi)部出現(xiàn)溫度過高情況時(shí)，使逆變器停止運(yùn)行或降

額輸出，以保護(hù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)逆變器的工作特點(diǎn)，在日常運(yùn)行中還需要做相關(guān)維護(hù)工作。

日常運(yùn)行中的維護(hù)項(xiàng)目如表2所示:

表2維護(hù)說明

檢查內(nèi)容檢查方法維護(hù)周期

保存軟件數(shù)據(jù)1.讀取數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)一月一次

2.保存運(yùn)行數(shù)據(jù)、參數(shù)以及日

志到軟盤或文件中。

3.檢查各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置

4.更新軟件

系統(tǒng)大致運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境1.觀察逆變器是否有損壞或每半年一次

變形