GStar-I(c)自动土壤水分观测仪使用说明 - 图文

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GStar-I(C) 自动土壤水分观测仪

使用说明书

中国电子科技集团公司第27研究所 河 南 省 气 象 科 学 研 究 所

2009-09

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目 录

一、 SDRC型太阳能电源控制器 二、 蓄电池 三、 探测器 四、 数据采集器 五、 调试软件 六、 维护与故障排除 七、 太阳能电池板参数2

一、 SDRC-10Ⅰ太阳能电源控制器

太阳能电池充 电指示灯(1) 系统状态指示灯(2) 负载指示灯(3) 蓄电池模式 数字LED指示 负载开关

图1 控制器面板图

太阳能电源接口 蓄电池接口 负载接口 1主要特点:

(1) 使用了单片机和专用软件,实现了智能控制;

(2) 利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲

线修正的控制点,消除了单纯的电压控制过放的不准确性,符合蓄电池固有的特性,即不同的放电率具有不同的终了电压。

(3) 具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制;

以上保护均不损坏任何部件,不烧保险;

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(4) 采用了串联式PWM充电主电路,是充电回路的电压损失较使用二极管的

充电电路降低近一半,充电效率较非PWM高3%-6%,增加了用电时间;过放恢复的提升充电,正常的直充,浮充自动控制方式使系统有更长的使用寿命;同时具有高精度温度补偿;

(5) 直观的LED发光管指示当前蓄电池状态,让用户了解使用状况; (6) 所有控制全部采用工业级芯片,能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同

时使用了晶振定时控制,定时控制精确。

(7) 取消了电位器调整控制设定点,而利用了Flash存储器记录各工作控制点,

使设置数字化,消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素;

(8) 使用了数字LED显示及设置,一键式操作即可完成所有设置,使用极其方

便直观;

(9) 具有直流输出或1HZ频闪输出2种输出选择,频闪输出特别适用于LED

交通警示灯等。

2 接线连接

(1)先连接控制器上蓄电池的接线端子,再将另外的端头连至蓄电池上,注意+,-极,不要反接。如果连接正确,指示灯(2)应亮,可按按键来检查。否则,需检查连接对否。如发生反接,不会烧保险及损坏控制器任何部件。保险丝只作为控制器本身内部电路损坏短路的最终保护。

(2)连接太阳能电池导线,先连接控制器上太阳能电池的接线端子,再将另外的端头连接至太阳能电池上,注意+,-极,不要反接,如果有阳光,充电指示灯(1)应亮。否则,需检查连接对否。

(3)负载连接,将负载的连线接入控制器上的负载输出端,注意+,-极,不要反接,以免烧坏用电器。

3 指示说明

(1)充电及超压指示:当系统连接正常,且有阳光照射到太阳能电池板时,充电指示灯(1)常亮,表示系统充电电路正常;当充电指示灯(1)出现绿色快速闪烁时,说明系统过电压,处理见故障处理内容:充电过程使用了PWM方式,如果发生过放动作,充电先要达到提升充电电压,并保持10分钟,而后降到直

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充电压,保持10分钟,以激活蓄电池,避免硫化结晶,最后降到浮充电压,并保持浮充电压。如果没有发生过放,将不会有提升充电方式,以防蓄电池失水。这些自动控制过程将使蓄电池达到最佳充电效果并保证或延长其使用寿命。

(2)蓄电池状态指示:蓄电池电压在正常范围时,状态指示灯(2)为绿色常亮;充满后状态指示灯为绿色慢闪;当电池电压降到欠压时状态指示灯变成橙黄色;当蓄电池电压继续降低到过放电压时,状态指示灯(2)变为红色,此时控制器将自动关闭输出,提醒用户及时补充电能。当电池电压恢复到正常工作范围内时,将自动使能输出开通动作,状态指示灯(2)变为绿色;

(3)负载指示:当负载开通时,负载指示灯(3)常亮。如果负载电流超过控制器1.25倍额定电流60秒时,或负载电流超过了控制器1.5倍的额定电流5秒时,指示灯(3)为红色慢闪,表示过载,控制器将关闭输出。当负载或负载侧出现短路故障时,控制器将立即关闭输出,指示灯(3)快闪。出现上述现象时,应当仔细检查负载连接情况,断开有故障的负载后,按一次负载开关按键,30秒后回复正常工作,或等到第二天可以正常工作。

4 工作模式设置

(1)设置方法:按下负载开关按钮持续5秒,模式(MODE)显示数字LED闪烁,松开按钮,每按一次转换一个数字,直到LED显示的数字对上用户从表中所选的模式对应的数字即停止按键,等到LED数字不闪烁即完成设置。每按一次按钮,LED数字点亮,可观察到设置的值。

(2)纯光控“0”模式:当没有阳光时,光强降到启动点,控制器延时10分钟确认启动信号后,开通负载,负载开始工作;当有阳光时,光强升到启动点,控制器延时10分钟确认关闭输出信号后关闭输出,负载停止工作。

(3)光控+延时方式(“1”—“9”,“0.”—“5.”):启动过程同前。当负载工作到设定的时间就关闭负载,时间设定见下表。光控优先。

(4)通用控制器方式“6.”:此方式仅取消光控、时控功能、输出延时以及相关的功能,保留其它所有功能,作为一般的通用控制器使用,该系统必须使用此模式。

(5)调试方式“7.”:用于系统调试使用,与纯光控模式相同,只取消了判断光信号控制输出的10min延时,保留其它所有功能。无光信号即接通负载,有

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光信号即关断负载,方便安装调试时检查系统安装的正确性。

(6)输出模式说明:在LED数码管显示模式设置值时,显示数字不带有小说点即“0”至“9”和“0.”至“5.”,模式时输出为纯直流DC输出。如果数字不带小数点即“0”至“9”时,数码管小数点不亮。

工作模式设置表:(注:当选择LED数码小数点模式时,数码管的小数点长亮,对控制器的整体性能没有影响,只作区分用)

模式 光控开+光控关 光控开+1小时延时关 光控开+2小时延时关 光控开+3小时延时关 光控开+4小时延时关 光控开+5小时延时关 4 光控开+10小时延时关 光控开+11小时延时关 0。 通用控制方式 调试模式 6。 3 光控开+9小时延时关 9 光控开+15小时延时关 5。 2 LED数码 0 1 光控开+6小时延时关 光控开+7小时延时关 光控开+8小时延时关 8 模式 LED数码 6 7 光控开+12小时延时关 光控开+13小时延时关 光控开+14小时延时关 4。 模式 LED数码 2。 3。 设置方法 按下开关设置按钮持续5秒,模式(MODE)显示数字LED闪烁,松开按钮,每按一次转换一个数字,直到LED显示的数字对上用户从表中所选的模式对应的数字即停止按键,等到LED数字不闪烁即完成设置。每按一次按钮,LED数字点亮,可观察到设置的值。 5 1。 7。 5 常见故障现象及处理方法

在出现下列现象时,请按照下述方法进行检查:

现象 当有阳光直射太阳能电池组件时,绿色指示灯(1)不亮; 充电指示灯(1)快闪; 解决方法 请检查太阳能电池电源两端连线是否正确,接触是否可靠; 系统电压超压。蓄电池开路,检查蓄电池是否连接可靠;或充电电路损坏; 输出有短路,请检查输出线路,移除所有负载后,按一下开关按钮,30秒后控制器恢复正常输出; 负载功率超过额定功率,清减少用电设备,按一下按钮,30秒后控制器恢复正常输出; 6

负载指示灯(3)亮,但无输出; 请检查用电器具是否连接正确、可靠; 负载指示灯(3)快闪,且无输出; 负载指示灯(3)慢闪,且无输出; 负载指示灯(3)为红色,且无输出; 蓄电池过放,充足电后自动回复使用; 6技术指标

型号 额定充电电流 额定负载电流 系统电压 过载、短路保护 空载损耗 充电回路压降 放电回路压降 超压保护 工作温度 提升充电电压 直冲充电电压 浮充 充电返回电压 温度补偿 欠压电压 过放电压 过放返回电压 控制方式

SDRC-10Ⅰ 10A 10A A12V; □24V/12V AUTO; □1.25倍额定电流60秒.1.5倍额定电流5秒时过载保护动作.≥3倍额定电流短路保护动作 ≤6mA 不大于0.26V 不大于0.15V 17V 工业级:-35℃至+55℃(后缀Ⅰ); 14.6V;(维持时间:10min)(仅当出现过放电时调用) 14.4V;(维持时间:10min); 13.6V;(维持时间:直至降到充电返回电压动作) 13.2V; -5mV/℃/2V(提升、直充、浮充、充电返回电压补偿); 12.0V; 11.1V-f放电率补偿修正的初始过放电压(空载电压); 12.6V; 充电为PWM脉宽调制 7

二、蓄电池

仪器使用Sinonteam(德国赛能)工业级专业蓄电池12V24AH。仪器在其他

供电完全停止的状态下,工作不低于7天。

产品特点:

◆维护简单:高达98%以上的氧复合效率,保证电解液不会损坏,在它的整个寿命过程中无须加水或更换电解液。

◆安装方便:电解液被吸附于特殊的隔板中,不流动,防涌出,可以任意放置。

◆安全性能优越:极柱和外壳采用特殊的密封设计,无任何电解液泄漏。采用品质稳定的进口安全阀,动作可靠,重现性良好,绝无外部气体进入,适用释放出过量的压力。

◆长寿命、高容量、优越的抗过放电能力:采用特殊的六元合金板栅,先进的专利技术极板设计,严格控制的装配压力,充分保证长寿命3-15年的设计,故电池循环性能卓越,高深放电恢复性强,能量密度更高。

◆极地的自放电率:采用高品质的原材料和严格的工序控制,把自放电控制在最小。

◆优选的超细玻璃纤维棉隔离板,厚度均匀,内阻极地,能有效保持电解液和保证氧的复合效率。阻燃、超强ABS材料,保证极低的水气渗透率,防止干涸。

◆高纯度稀硫酸溶液,并加入专有电解液添加剂,大大降低自放电和防止电池内部的微短路现象。

◆进口的品质稳定的安全阀,动作可靠,抗老化、抗酸性能力强,确保电池内部的压力在安全的范围之内。

◆蓄电池在仪器正常工作条件下不低于3年。

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三、探测器

1探测器的接线

探测器的安装必须由专业人员进行。通过专业工具将PVC管插入地下,并将管的下端密封,以保护探测器。将组装好的整根探测器插入PVC管,然后用套头将管的上端密封。

注意:保持PVC管的上下端的密封是很重要的! 从探测器的安装地点将RS485线引入到采集器箱,图1是探测器安装接线图。 数据采集器4芯(XS2)电缆 探测器(XP1)

电源+15V(黄) ?-----? XP1-1; 电源地(黑) ?-----? XP1-3; RS485-A(蓝) ?-----? XP1-4; RS485-B(棕) ?-----? XP1-5; 图2:探测器安装接线图

排线连接器 XP1 安装固定孔 5 4 3 2 1 2安装注意

(1) 由于探测器在运输过程中会引起连接端子和跳线帽的松动,因此探测器安装之前,一定要检查跳线帽是否脱落,用手重新按压各个传感器和主机板与带缆线的排线插针,确保各个连接器可靠连接;

(2)检查传感器电路板与两个铜环之间的连接线是否脱落,如脱落,要用大功率烙铁重新焊接;

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四、数据采集器

1 采集器的组成

采集器内部如图3 ,主要由太阳能电源控制器、蓄电池、采集器板和GPRS通讯板等组成。

采集器主机板 太阳能电源控制电源指示(黄色) 运行指示(红色) GPRS登录指示(绿色) 蓄电池

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图3 采集器内视图

2 硬件说明

GStar-Ⅰ自动土壤水分观测仪是基于电容传感器和嵌入式ARM单片机技术设计的,检测电容是传感器的敏感器件,传感器周围水分的变化引起圆环电容的介质变化,于是电容值就会改变,从而引起LC振荡器的振荡频率变化,传感器把高频信号变换后输出到单片机,单片机根据建立的数学模型和当地土壤状态等相关系数,进行计数、转换、修正等处理,计算出当前土壤水分。图4为主机板。

RS232接口 GPRS通讯板 电源指示(黄色) 运行指示(红色) GPRS登录指示(绿色) 图4 采集器主机板 电源接线端子 GPRS天线 GPRS-SIM卡 GPRS网络登录指示 传感器接线端子 GPRS模块电源指示 采集器正常运行时指示灯状态: 电源指示(黄色):常亮;

运行指示(红色):闪烁(亮灭各1秒);

GPRS登录指示(绿色):登录到服务器亮,退出时灭;

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XP6跳线:485短接,XS5端子为RS485通讯,此时,不能再用GPRS通讯; GPRS短接,XS5端子不能用于RS485通讯,GPRS通讯板工作。 GPRS网络登录指示:不亮:GPRS模块没有启动;

64ms 亮/ 800ms 灭:GPRS模块没有寻找到网络;

64ms亮/ 3000ms灭: GPRS模块登录到网络。

主电指示灯 3安装注意

(1) 由于采集器在运输过程中会引起连接端子和跳线帽的松动,因此采集器在加电之前,一定要检查跳线帽是否脱落,接线端子连接是否松动,确保各个连接器正确可靠连接;

(2)检查蓄电池的电压是否正常(12V~15V);

(3)安装连接完成后,使用笔记本电脑通过RS232接口与采集器连接,即时读取当前水分值,确保在合理范围之内。

(4)对于GPRS采集器,如果正确设置好服务器IP地址和端口后,中心服务器软件启动后,采集器应在最迟3min能登陆到服务器,采集器的GPRS指示灯变亮。

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五、调试软件

本软件仅作为故障调试、传感器标定之用,尽管其具有数据监视、数据抄收等功能,但其不能作为业务软件使用,业务之用有专门监控软件。

1 安装与启动

⑴ 安装

得到正确的安装程序后,按照相关的说明进行说明,安装过程相对比较简单。

⑵ 启动

启动程序的方法有如下几种:

① 通过开始项启动:选择Windows桌面上的开始项,单击,在程序组里选择GStar-Ⅰ型土壤水分调试软件,单击即可启动;

② 直接双击桌面上的调试软件图标启动;

③ 通过安装目录启动:进入本软件的安装目录,双击可执行文件Soil_Debug.exe或调试软件图标即可完成启动。

2 操作与使用

(1)界面概述

正确启动后,程序默认用户界面如图5。

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图5 程序初始界面

选择通讯速率9600,点击通讯连接,首先测试读时钟功能,检查是否能与采集器连接正常,如通讯正常进入下一步操作。

(2)采集器地址设置

程序启动默认的界面即为参数设置页,通讯连接。 采集器地址:安装站分配的采集器地址,不能重复; 传感器数量:探测器连接的传感器数量;

设置参数:正确输入采集器的各种参数后,单击该按钮,可以将参数写入采集器中;

读取参数:读取出采集器的各种参数,检查输入是否正确; 对时:将采集器与PC机对时; 读时钟:读取采集器内的时钟;

单击采集器对时框内的读时钟按钮,将弹出读时钟完毕对话框。然后单击对时按钮,将弹出与采集器对时完毕对话框。

(3)GPRS服务器IP和端口设置

服务器IP:GPRS的服务器IP,例如四川:118.112.180.198 端口:2020

(4)GPRS服务器APN设置

APN:CMNET(公网),QXJC8-SJ.HE(河北)。

注意:在进行以下任何操作之前,都必须正确进行通讯连接! 3 数据监视

通讯连接正常后,单击数据监视标签进入数据监视界面,如图7。 时间间隔:1~60秒,实际采集数据的间隔比该设定值多4~5秒; 扫描选择:显示探测器的水分或者频率,主要用于调试和标定阶段使用; 数据监视/停止监视:该按钮互为开关,开始或停止监视; 数据清除:清除数据窗口内的数据。

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探测器温度 探测器电压 传感器1—8的水分或频率值 采集器电压

图7 数据监视界面

开始监视时,将根据数据间隔时间来进行监视,数据格式为:

0005:2008-12-26 08:08:08 13.088 0.000 0.000 8.401 11.166 11.777 11.749 10.458 10.193 8.763 14.349

0005:此次监视所得数据的序号为0005;

2008-12-26:监视时的系统日期,2008年12月26日; 08:09:07:监视时的系统时间,08时09分07秒; 13.088:监视时采集器的电压,13.088V;

0.000:监视时探测器的温度,探测器温度根据特殊要求定制; 0.000:监视时探测器的电压,探测器电压根据特殊要求定制;

8.401 11.166 11.777 11.749 10.458 10.193 8.763 14.349:从左至右分别表示1至8层传感器所测得的水分值(或频率值)。

4 数据采集

通讯连接正常后,单击数据采集标签进入数据采集界面,如图8。 起始日期时间:表示要采集数据的开始时间; 截止日期时间:表示要采集数据的最终时间; 数据抄收:开始按照起始、终止时间进行数据抄收; 保存:将抄收的数据以txt格式保存;

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图8 数据采集界面

采集器初始化:将采集器的各种参数初始化。

注意:采集器初始化将清除采集器内的历史数据,在安装仪器后,首先对采集器进行初始化操作,但严禁对已经使用的仪器进行初始化操作,否则将导致数据丢失! 5 传感器标定

通讯连接正常后,单击传感器标定标签进入传感器标定界面,如图9。 传感器序号:将要读取或设置的传感器序号,一般不大于8;

空气中频率:此次操作的传感器在空气中测试的频率,此数据由实验室测试获得;

水中频率:此次操作的传感器在水中测试的频率,此数据由实验室测试获得; 参数A、B、C:此次操作的传感器的特定参数; 设置参数:将新的各种参数写入传感器; 读取参数:读取出传感器的各种参数。

注意:传感器标定是一项非常慎重的事情,每个传感器在出厂前都已标定好,未经允许,请勿修改这些参数! 16

图9 传感器标定界面

6 采集器标定

通讯连接正常后,单击采集器标定标签进入采集器标定界面,如图10。 传感器序号:将要读取或设置的传感器序号,一般不大于8; 参数A、B、C、D:此次操作的采集器中传感器的特定参数; 设置参数:将传感器新的各种参数写入采集器; 读取参数:读取出采集器中传感器的各种参数。

图10 采集器标定界面

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7 采集器标定计算

有时用户需要根据人工测量土壤容积含水率数据和仪器测量的土壤容积含水率数据进行二次标定,标定计算功能页面完成有关参数的计算和数据标定功能。

图11所示为标定计算页面。选择曲线拟合阶数(注:曲线阶数不宜过高,通常默认为3阶即可。),输入机侧值(由探测器测得)和人工值(由人工烘干法等获得)的对应值,单击添加按钮即可完成添加功能 。重复此操作可以输入多组数据。此外,机测值和人工值可以由外部的Excel文件导入或导出为Excel文件存盘。

机测值和人工值输入完后,点击计算参数 ,会跳出一个曲线拟合图形,根据曲线,可判定曲线阶数选取的是否合适,根据计算所得的新标定参数A-D,点击数据标定按钮,即可完成采集器的参数标定功能。

另外,点击读取参数按钮,可以读取采集器中设置的传感器出厂参数。

图11 采集器标定计算界面

六、维护与故障排除

1 维护

仪器在正确安装后,需要定期进行维护工作。

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(1) 传感器维护:每年需要把传感器从PVC管中取出,检查管内是否潮湿

进水,如有水滴,需要清除干净;

(2) 传感器上的干燥剂每年要更换一次;

(3) 蓄电池:每半年测量一次蓄电池电压,如果连续7天没有出现外接充

电电源完全停止的情况下,电池电压低于11V,则需要更换蓄电池。正常情况下蓄电池的寿命不低于3年。

(4) 正常情况下每月到现场检查一次采集器,查看是否进水和沉积灰尘,

如有则要清除干净。

2 故障检测

本仪器运行过程中,若出现异常或故障,请按以下方式进行故障排除。

2.1 软件问题

软件在运行过程中,可能出现的问题有:弹出异常对话框,异常死机等。 解决办法:

关闭程序,重启电脑,然后重新启动程序。

2.2 采集器工作状态检测步骤

(1)电源检查:指示灯是否常亮,如果灭,检查采集器主机板的电源端子是否连接松动,接线是否可靠,拔掉重新接线,插上电源端子,如果还不能启动,用万用表测量蓄电池电压是否正常(12V~15V),如不正常则需更换蓄电池,如电压正常,则说明主机板故障,需更换主机板;

(2)程序运行检查:运行指示灯是否正常闪烁,如不闪烁,则主机板故障,需更换主机板;

(3)GPRS指示灯是否常亮,如不亮,通过笔记本电脑RS232接口读取服务器IP地址和端口,如不正确,重新设置。如果正常,查询该SIM卡是否停机。如果以上都正确,再进一步检查GPRS天线的连接器是否脱落,如果脱落,重新安装即可,如没有脱落,则GPRS模块可能出现问题,需更换主机板。

(4)采集器通讯检查:使用调试软件通过RS232接口与采集器通讯,首先进行读时钟操作(注意:由于GPSR采集器会时刻检测与GPRS服务器的链接状态,有时会影响RS232通讯,但一旦检测到RS232通讯,至少在3min内不再检测与GPRS服务器的链接状态,会正常RS232通讯),如果连续读时钟正常,日

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期也正确,则说明采集器正常,需进入下一步传感器检查。

(5)GPRS模块网络指示灯

64ms 亮/ 800ms 灭:GPRS模块没有寻找到网络,则检查SIM卡安装是

否正确,接触是否可靠;

64ms亮/ 3000ms灭: GPRS模块登录到网络。

2.3 传感器工作状态检测步骤

(1)接线端子检查:检查跳线帽是否脱落,用手重新按压各个传感器和主机板与带缆线的排线插针,确保各个连接器可靠连接;

(2)检查传感器电路板与两个铜环之间的连接线是否脱落,如脱落,要用大功率烙铁重新焊接;

采集器主板连接松动、损坏,RS485线路损坏,传感器处理板、连接用的扁平电缆等出现问题等可能导致通讯无法正常正常,监控软件、调试软件都将无法进行正常通讯。

(3)传感器问题:某一传感器出现问题,将直接导致该层对应的数据出现错误或异常。使用调试软件进行数据监视(具体操作请参考调试软件的使用说明),观察水分值和频率值。若某一层或某几层数值对应为0,说明该层传感器可能已经损坏或无法正常工作。在彻底断电的情况下,检查传感器与扁平电缆连接是否完好,传感器外观有无明显异常或松动等。

2.4 其他问题

部件之间、器件之间连线错误或损坏,同样会产生故障。 解决办法:

按正确顺序连接或更换损坏的连接。

表2 问题故障表

出现问题的类型 可能导致的故障 软件问题 弹出未知对话框、异常死机 通讯问题 通讯失败 传感器问题 某层或所有层次数据为0或异常 采集器问题 数据抄收无法正常进行 其他问题 没有数据显示 20

解决办法 关闭程序,重启电脑 紧固串口、检查通讯线路 利用调试软件调试,判断具体原因后再处理 若存储芯片损坏,需更换 更正连接

七 太阳能电池板参数

1 组件型号 Module Type 15(17)P400×350 最大功率 Peak Power 15.0 W 开路电压 Open Circuit Voltage 22.0 V 短路电流 Short Circuit Current 0.95 A 最大功率点电压 Peak Voltage 17.5 V 最大功率点电流 Peak Current 0.86 A 最大系统电压 Max. System Voltage 600 V

2 组建型号 Module Type 40(17)P660×540 最大功率 Peak Power 40.0 W 开路电压 Open Circuit Voltage 21.5 V 短路电流 Short Circuit Current 2.59 A 最大功率点电压 Peak Voltage 17.0 V 最大功率点电流 Peak Current 2.35 A 最大系统电压 Max. System Voltage 600 V

厂家会根据用户的情况选用合适的太阳能电池板。

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七 太阳能电池板参数

1 组件型号 Module Type 15(17)P400×350 最大功率 Peak Power 15.0 W 开路电压 Open Circuit Voltage 22.0 V 短路电流 Short Circuit Current 0.95 A 最大功率点电压 Peak Voltage 17.5 V 最大功率点电流 Peak Current 0.86 A 最大系统电压 Max. System Voltage 600 V

2 组建型号 Module Type 40(17)P660×540 最大功率 Peak Power 40.0 W 开路电压 Open Circuit Voltage 21.5 V 短路电流 Short Circuit Current 2.59 A 最大功率点电压 Peak Voltage 17.0 V 最大功率点电流 Peak Current 2.35 A 最大系统电压 Max. System Voltage 600 V

厂家会根据用户的情况选用合适的太阳能电池板。

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/56xt.html

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