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一、總體設(shè)計(jì)方案

1、50KW光伏電站

50KW光伏屋頂由南北朝向，南北均無(wú)高大建筑物，無(wú)遮陰情況，日照充分。計(jì)劃在教學(xué)樓屋頂裝設(shè)太陽(yáng)能光伏電池組件板建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電示范系統(tǒng)。　　　

2、設(shè)計(jì)要求

1）該項(xiàng)目有一定的公眾影響力，作為太陽(yáng)能光伏發(fā)電示范系統(tǒng)，美觀非常重要，要求光伏系統(tǒng)的安裝應(yīng)保持屋頂?shù)娘L(fēng)格和美觀，并與整個(gè)學(xué)校整體環(huán)境相協(xié)調(diào)。

2）該光伏系統(tǒng)主要提供教室辦公樓的照明用電。包括：照明等其他用電器。要求在陰雨天氣時(shí)，應(yīng)能使用城市電網(wǎng)為負(fù)荷供電。　　　

3、光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行方式

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式可分為兩類(lèi)，即獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。

運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要有蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，主要用于無(wú)電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)。由于有蓄電池儲(chǔ)能裝置，所以整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)很高。但這種太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能獨(dú)立供給負(fù)載，不與公共電網(wǎng)連接，也就不會(huì)對(duì)公共電網(wǎng)發(fā)生任何干擾。

在有公共電網(wǎng)的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)一般與電網(wǎng)連接，即采用并網(wǎng)運(yùn)行方式。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以省去蓄電池，而將電網(wǎng)作為自己的儲(chǔ)能單元。由于蓄電池在存儲(chǔ)和釋放電能的過(guò)程中，伴隨著能量的損失，蓄電池的使用壽命通常僅為5-8年。報(bào)廢的蓄電池又將對(duì)環(huán)境造成污染，所以省去蓄電池后的光伏系統(tǒng)不僅可大幅度降低造價(jià)，還具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能，且維護(hù)簡(jiǎn)單、方便。

通過(guò)逆變器變換產(chǎn)生的交流電，或者向公共電網(wǎng)輸送電能，或者與公共電網(wǎng)同時(shí)端接輸出到低壓負(fù)載。這兩種方式都是當(dāng)時(shí)發(fā)電當(dāng)時(shí)使用，太陽(yáng)能發(fā)出的電量直接與公共電網(wǎng)并接。只是根據(jù)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是否允許通過(guò)供電區(qū)的變壓器向主電網(wǎng)饋電，分為可逆流和不可逆流的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。目前，大多采取可逆流的并網(wǎng)供電方式。

綜合考慮，該光伏發(fā)電系統(tǒng)擬采用不可逆流的并網(wǎng)運(yùn)行方式，在廠房?jī)?nèi)局部并網(wǎng)，不考慮將電能輸入上級(jí)城市電網(wǎng)。采取局部并網(wǎng)運(yùn)行方式提高了上級(jí)城市電網(wǎng)的安全性。預(yù)留可逆流并網(wǎng)運(yùn)行功能。

4 設(shè)計(jì)依據(jù)
   該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)有：
   GB/T 19939-2005 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求
   GB/T 20046-2006 光伏（PV）系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性（IEC 61727:2004,MOD）
   GB/Z 19964-2005 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定
   GB/T 2423.1-2001 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程 試驗(yàn)A：低溫試驗(yàn)方法
   GB/T 2423.2-2001 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程 試驗(yàn)B：高溫試驗(yàn)方法
   GB/T 2423.9-2001 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程 試驗(yàn)C：設(shè)備用恒定濕熱試驗(yàn)方法
   GB 4208 外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）（equ IEC 60529:1998）
   GB 3859.2-1993 半導(dǎo)體變流器 應(yīng)用導(dǎo)則
   GB/T 14549-1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波
   GB/T 15543-1995 電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度
   GB/T 21086-2007 建筑幕墻
   GB 50057-94 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范
   JGJ102-2003 玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范
   JGJT139-2001 玻璃幕墻工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料。光伏系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的地理位置，包括地點(diǎn)、緯度、經(jīng)度和海拔；該地區(qū)的氣象資料，包括逐月的太陽(yáng)能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。

5、設(shè)計(jì)原則

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝不能破壞建筑造型，不能破壞裝飾性藝術(shù)風(fēng)格，不能造成結(jié)構(gòu)的重新返工。

太陽(yáng)能工程必須保證建筑物的安全。太陽(yáng)能系統(tǒng)不僅僅要保證自身系統(tǒng)的安全可靠，同時(shí)要確保建筑的安全可靠。必須考慮安裝條件、安裝方式和安裝強(qiáng)度。包括太陽(yáng)能光伏電池板在屋面安裝時(shí)對(duì)屋面負(fù)荷的影響問(wèn)題，特別是太陽(yáng)能電池板自身載荷和抗風(fēng)能力、抗冰雹沖擊等工程應(yīng)用問(wèn)題。其中，太陽(yáng)能電池板與屋面結(jié)合的抗風(fēng)負(fù)荷問(wèn)題是工程風(fēng)險(xiǎn)。特別是需要屋面承受空氣層流所產(chǎn)生的巨大風(fēng)力。

光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在可靠地滿(mǎn)足負(fù)載需要的前提下，進(jìn)行合理的配置，盡量減少系統(tǒng)規(guī)模，降低投資費(fèi)用。

光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要求其高可靠性能，保證在較惡劣條件下的正常使用；同時(shí)要求系統(tǒng)的易操作和易維護(hù)性，便于用戶(hù)的操作和日常維護(hù)。

整套光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和施工的低成本，設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，提高備件的通用互換性，要求系統(tǒng)預(yù)留擴(kuò)展接口便于以后規(guī)模容量的擴(kuò)大。

具體實(shí)施時(shí)，太陽(yáng)光伏發(fā)電組件板要用適當(dāng)?shù)姆轿唤呛蛢A斜角安裝，確保太陽(yáng)電池組件得到最優(yōu)化的性能；安裝地點(diǎn)的選擇應(yīng)能夠滿(mǎn)足組件在當(dāng)?shù)匾荒曛泄庹諘r(shí)間最少天內(nèi)，太陽(yáng)光從上午9：00到下午3：00能夠照射到組件。

組件安裝結(jié)構(gòu)要經(jīng)得住風(fēng)雪等環(huán)境應(yīng)力，安裝孔位要能保證容易安裝和機(jī)械的受力，推薦使用正確的安裝結(jié)構(gòu)材料可以使得組件框架、安裝結(jié)構(gòu)和材料的腐蝕減至最小。

6、光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

針對(duì)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，建議采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)方案，將系統(tǒng)分成幾個(gè)發(fā)電單元，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并入負(fù)載系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，整個(gè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)需配置220塊235Wp多晶硅組件，實(shí)際功率約為51.7KWp。

考慮到并網(wǎng)系統(tǒng)在安裝及使用過(guò)程中的安全及可靠性，為了減少光伏陣列到逆變器之間的連接線(xiàn)及方便日后維護(hù)，建議在室外配置光伏陣列防雷匯流箱，該匯流箱可直接安裝在電池支架上，每個(gè)匯流箱可接入16路光伏陣列，整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)需配置臺(tái)光伏陣列防雷匯流箱。

為了將光伏陣列防雷匯流箱的直流輸出匯流后再接入逆變器，系統(tǒng)需要配置1個(gè)直流防雷配電柜

并網(wǎng)逆變器采用三相五線(xiàn)制的輸出方式。整個(gè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)按照11個(gè)并網(wǎng)發(fā)電單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，配置了1臺(tái)50KW逆變器。

太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，將光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)點(diǎn)選擇在并網(wǎng)點(diǎn)的低壓配電柜上。逆變器的交流電輸出，通過(guò)電纜分別接至交流配電柜的交流輸入端，同時(shí)來(lái)自市電網(wǎng)低壓配電柜的輸入也接入交流配電柜，從交流配電柜向負(fù)載供電。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)并入負(fù)載交流電網(wǎng)。

綜上所述，本系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能組件、光伏陣列防雷匯流箱、直流防雷配電柜、光伏并網(wǎng)逆變器和交流配電柜所組成。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)

1.1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的最佳傾角、方位角。

當(dāng)?shù)氐木暥鹊挠绊憽２⒕W(wǎng)光伏供電系統(tǒng)有著與獨(dú)立光伏系統(tǒng)不同的特點(diǎn)，在有太陽(yáng)光照射時(shí)，光伏供電系統(tǒng)向電網(wǎng)發(fā)電，而在陰雨天或夜晚光伏供電系統(tǒng)不能滿(mǎn)足負(fù)載需要時(shí)又從電網(wǎng)買(mǎi)電。這樣就不存在因傾角的選擇不當(dāng)而造成夏季發(fā)電量浪費(fèi)、冬季對(duì)負(fù)載供電不足的問(wèn)題。在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中需要關(guān)心的問(wèn)題就是如何選擇最佳的傾角使太陽(yáng)電池組件全年的發(fā)電量最大。通常該傾角值為當(dāng)?shù)氐木暥戎怠?br />       風(fēng)壓的影響。根據(jù)氣象資料，通過(guò)中國(guó)海平面的三十年一遇的１０分鐘平均風(fēng)速統(tǒng)計(jì)值，可以得到若干城市的風(fēng)壓系數(shù)，再結(jié)合陸上建筑不同高度的風(fēng)壓值與海平面風(fēng)壓之間的風(fēng)壓高度系數(shù)，就可以計(jì)算出單位面積建筑屋面的風(fēng)壓值。鹽池縣陸上風(fēng)壓系數(shù)1.54，風(fēng)速60kg/m2。當(dāng)然，不同的建筑屋面形態(tài)和結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的空氣層流作用是各不相同的。斜頂式建筑物屋頂?shù)娘L(fēng)壓與屋頂?shù)膬A斜角度有關(guān)，角度大時(shí)，受壓面與迎風(fēng)面墻相同，壓力為正壓力；角度小時(shí)，壓力為負(fù)壓力，屋頂或其他安裝于屋頂?shù)牟考赡軙?huì)被掀。根據(jù)以上情況，及實(shí)際安裝地點(diǎn)情況，采取以下設(shè)計(jì)：支架傾角33°。

2 電氣設(shè)計(jì)

2.1 直流防雷匯流箱

為了減少光伏陣列到逆變器之間的連接線(xiàn)，方便日后維護(hù)，本系統(tǒng)在室外配置光伏陣列防雷匯流箱，該匯流箱可直接安裝在支架上。
    光伏陣列直流防雷匯流箱(型號(hào)SPVCB-16)的性能特點(diǎn)如下：
     1）戶(hù)外壁掛式安裝，防水、防銹、防曬，滿(mǎn)足室外安裝使用要求；
     2）可同時(shí)接入16路光伏陣列，每路光伏陣列的最大允許電流為10A；
     3）光伏陣列的最大開(kāi)路電壓值為DC900V；
     4）每路光伏陣列配有光伏專(zhuān)用高壓直流熔絲進(jìn)行保護(hù)，其耐壓值為DC1000V；
     5）直流輸出母線(xiàn)的正極對(duì)地、負(fù)極對(duì)地、正負(fù)極之間配有光伏專(zhuān)用高壓防雷器，防雷器采用菲尼克斯品牌；
     6）直流輸出母線(xiàn)端配有可分?jǐn)嗟闹绷鲾嗦菲鳎瑪嗦菲鞑捎肁BB品牌。

直流防雷匯流 箱                直流防雷配電柜

直流防雷匯流箱技術(shù)參數(shù)：

2.2 直流防雷配電柜

光伏組件陣列通過(guò)直流防雷匯流箱在室外進(jìn)行匯流后，通過(guò)電纜接至配電房的直流防雷配電柜再進(jìn)行一次總匯流。

50KWp并網(wǎng)系統(tǒng)配置的1臺(tái)光伏陣列防雷匯流箱。

2.3 并網(wǎng)逆變器

此次光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配置1臺(tái)型號(hào)為GSG50K3并網(wǎng)逆變器，

2.3.1 并網(wǎng)逆變器性能特點(diǎn)

該GSG50K3并網(wǎng)逆變器的主要性能特點(diǎn)如下：

采用美國(guó)TI公司DSP芯片進(jìn)行控制；

1）采用日本三菱公司第五代智能功率模塊（IPM）；

2）太陽(yáng)電池組件最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)(MPPT)；

3）50Hz工頻隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)光伏陣列和電網(wǎng)之間的相互隔離；

4）具有直流輸入手動(dòng)分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)，交流電網(wǎng)手動(dòng)分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)，緊急停機(jī)操作開(kāi)關(guān)；

5）具有先進(jìn)的孤島效應(yīng)檢測(cè)方案及具有完善的監(jiān)控功能；

6）具有過(guò)載、短路、電網(wǎng)異常等故障保護(hù)及告警功能；

7）寬直流輸入電壓范圍(450V～880V)，整機(jī)效率高達(dá)95%；

8）人性化的LCD液晶界面，中英文菜單，通過(guò)按鍵操作，液晶顯示屏可顯示實(shí)時(shí)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)故障數(shù)據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、總發(fā)電量數(shù)據(jù)和歷史發(fā)電量數(shù)據(jù)。

9）可提供包括RS485或Ethernet（以太網(wǎng)）遠(yuǎn)程通訊接口。其中RS485遵循Modbus通訊協(xié)議；Ethernet（以太網(wǎng)）接口支持TCP/IP協(xié)議 ，支持動(dòng)態(tài)(DHCP)或靜態(tài)獲取IP 地址；

10）逆變器具有CE認(rèn)證資質(zhì)部門(mén)出具的CE安全證書(shū)。

2.3.2 GSG50K3并網(wǎng)逆變器主電路

GSG50K3并網(wǎng)逆變器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。

并網(wǎng)逆變電源通過(guò)三相半橋變換器，將光伏陣列的直流電壓變換為高頻的三相斬波電壓，并通過(guò)濾波器濾波變成正弦波電壓接著通過(guò)三相變壓器隔離升壓后并入電網(wǎng)發(fā)電。為了使光伏陣列以最大功率發(fā)電，在直流側(cè)加入了先進(jìn)的MPPT算法。

2.3.3 并網(wǎng)逆變器技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)品外觀參考圖片
光伏輸入	額定容量（KW）			50
	允許最大電池陣列功率（KW）			55
	最大開(kāi)路電壓（VDC）			850
	可接入陣列串聯(lián)數(shù)（推薦）			18串（推薦35V左右/塊）
	串聯(lián)范圍			16串~18串
	MPPT范圍（VDC）			440～800
交 流 輸 出	額定交流輸出功率（KW）			50
	電網(wǎng)電壓范圍（VAC）			330～460
	電網(wǎng)頻率范圍（Hz）			50±4.5
	隔離變壓器			有
	最大效率			95.0%
	歐洲效率			94.5 %
	顯示方式			觸摸屏顯示
	電網(wǎng)監(jiān)控			數(shù)據(jù)通過(guò)帶電氣隔離的RS485進(jìn)行傳輸
	總電流波形畸變率 (THD)			THD(Iac)<4 %(滿(mǎn)功率時(shí))
	過(guò)載能力			120% ， ≥1分鐘；120%~150% ，≥10秒鐘；短路電流≤150%
	功率因數(shù)(PF)			0.99（半功率以上）
	MPPT效率			99％
	設(shè)備夜間自耗電能（W）			＜20
	通訊協(xié)議			IEC-60870-5-101、IEC-60870-5-104
	電磁兼容			EN50081,part1/EN50082,part1
	總諧波電流分量（均方根）			GB/T 14549-1993
	電壓偏差			GB/T 12325-2008
	電壓波動(dòng)和閃變			GB/T 12326-2008
	電壓不平衡			GB/T15543-2008
	電網(wǎng)干擾			EN61000-3-2
	電網(wǎng)檢測(cè)			DIN VDE 126
	直流電壓分量			VPP＜0.5％
	冷卻方式			強(qiáng)制風(fēng)冷
參考外觀尺寸（深寬高mm）				600×800×1800
參考包裝尺寸（深寬高mm）				690*890*1890
參考重量（Kg）				530
防護(hù)等級(jí)				IP20(室內(nèi))
保護(hù)功能		孤島效應(yīng)保護(hù)			主動(dòng)式孤島運(yùn)行檢出
					被動(dòng)式孤島運(yùn)行檢出
		并網(wǎng)電源保護(hù)功能	系統(tǒng)過(guò)電壓OV		自動(dòng)復(fù)位
			系統(tǒng)欠電壓UV
			系統(tǒng)過(guò)頻率OF
			系統(tǒng)欠頻率UF
			直流過(guò)電壓 OVDC		自動(dòng)復(fù)位
			溫度異常 OH
			直流欠電壓 UVDC
			交流過(guò)電流 OCAC		人工復(fù)位
			直流過(guò)電流 OCDC
環(huán)境		噪音(dB、1米)		≤50
		使用環(huán)境溫度(℃)		－20～＋50
		儲(chǔ)存環(huán)境溫度(℃)		-25～+55
		使用環(huán)境濕度		0~95%（不結(jié)露）
		使用海拔（m）		≤5000

2.3.4 液晶顯示

GSG50K3光伏并網(wǎng)逆變電源智能化程度高，每天自動(dòng)啟停工作，無(wú)需人為控制。在逆變電源的最上端有狀態(tài)顯示LED燈，LCD面板上有5個(gè)LED燈和6個(gè)按鍵，通過(guò)這些指示燈和按鍵可知道逆變電源的工作狀態(tài)并對(duì)逆變器進(jìn)行控制。

2.4 交流配電柜
交流配電柜主要滿(mǎn)足以下功能需求：
1）滿(mǎn)足50KWp光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入輸出功率要求。
2）能夠在光伏發(fā)電系統(tǒng)與市電網(wǎng)之間切換，在出現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率不足、輸出電壓過(guò)低等條件時(shí)自動(dòng)切換到市電網(wǎng)線(xiàn)路。
3）交流配電柜應(yīng)適應(yīng)于三相低壓交流電網(wǎng)（AC380V/50Hz），應(yīng)配置相應(yīng)電氣保護(hù)裝置；同時(shí)配置防雷裝置，以防市電網(wǎng)雷擊串入。

（1）光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)軟件可連續(xù)記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)如下：
實(shí)時(shí)顯示電站的當(dāng)前發(fā)電總功率、日總發(fā)電量、累計(jì)總發(fā)電量、累計(jì)CO2總減排量以及每天發(fā)電功率曲線(xiàn)圖。
可查看每臺(tái)逆變器的運(yùn)行參數(shù)，主要包括：
A、直流電壓
B、直流電流
C、直流功率
D、交流電壓
E、交流電流
F、逆變器機(jī)內(nèi)溫度
G、時(shí)鐘
H、頻率
J、當(dāng)前發(fā)電功率
K、日發(fā)電量
L、累計(jì)發(fā)電量
M、累計(jì)CO2減排量
N、每天發(fā)電功率曲線(xiàn)圖
監(jiān)控所有逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，采用聲光報(bào)警方式提示設(shè)備出現(xiàn)故障，可查看故障原因及故障時(shí)間，監(jiān)控的故障信息至少包括以下內(nèi)容：
A、電網(wǎng)電壓過(guò)高；
B、電網(wǎng)電壓過(guò)低；
C、電網(wǎng)頻率過(guò)高；
D、電網(wǎng)頻率過(guò)低；
E、直流電壓過(guò)高；
F、逆變器過(guò)載；
G、逆變器過(guò)熱；
H、逆變器短路；
I、散熱器過(guò)熱；
J、逆變器孤島；
K、DSP故障；
L、通訊失敗；
（3）監(jiān)控軟件具有集成環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，主要包括日照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、室外和室內(nèi)環(huán)境溫度和電池板溫度等參量。
（4）監(jiān)控裝置可每隔5分鐘存儲(chǔ)一次電站所有運(yùn)行數(shù)據(jù)，可連續(xù)存儲(chǔ)20年以上的電站所有的運(yùn)行數(shù)據(jù)和所有的故障紀(jì)錄。
（5）可提供中文和英文兩種語(yǔ)言版本。
（6）可長(zhǎng)期24小時(shí)不間斷運(yùn)行在中文WINDOWS 2000，XP 操作系統(tǒng)。
（7）監(jiān)控主機(jī)同時(shí)提供對(duì)外的數(shù)據(jù)接口，即用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式，異地實(shí)時(shí)查看整個(gè)電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)。
（8）顯示單元可采用大液晶電視，具有非常好的展示效果，下圖是本公司的并網(wǎng)逆變器的監(jiān)控界面：