專利名稱：太陽(yáng)能逆變器以及用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠?qū)碜杂糜趯⑻?yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的太陽(yáng)能電池板或其他 系統(tǒng)的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的太陽(yáng)能逆變器以及用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的 裝置。特別地，本發(fā)明包括安排在逆變器和/或上述裝置中的防盜設(shè)備。技術(shù)背景在用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的已知裝置中，已知具有高關(guān)聯(lián)成本、以及因 此對(duì)裝置的整體成本產(chǎn)生深刻影響的項(xiàng)目是形成"太陽(yáng)能電池板"的光伏電池， "太陽(yáng)能電池板"在被照射時(shí)依靠其含硅的制造材料將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。若干 連接在一起的光伏電池稱為"模塊"或"電池板"，并且后者在預(yù)定區(qū)域中串聯(lián)連 接。各種模塊可容易地拆卸、或相互分開，從而在需要時(shí)給予裝置添加或去除 模塊的彈性，以便于按需改變電能產(chǎn)量并且定制裝置自身。不同功率級(jí)的裝置 可因而用同一類型的模塊進(jìn)行制造。轉(zhuǎn)換裝置通常安裝在暴露于太陽(yáng)的區(qū)域中，即戶外(屋檐上、天井區(qū)域上、 地面上等)，并且可覆蓋廣闊的表面區(qū)域。由于電池板的模塊化本質(zhì)及其高昂成本，存在偷竊裝置內(nèi)電池板的實(shí)際問 題。的確，電池板無(wú)需修改就可容易地再出售和再使用。為解決此缺點(diǎn)，因?yàn)檠b置的保護(hù)人員的持續(xù)監(jiān)控極其昂貴，裝置甚至可能 在遙遠(yuǎn)或難以進(jìn)入的位置，所以在現(xiàn)有技術(shù)中使用也在其他領(lǐng)域中采用的標(biāo)準(zhǔn) 防盜系統(tǒng)，例如使用閉路電視攝像機(jī)。然而，甚至此類防盜監(jiān)控系統(tǒng)也特別昂貴，尤其在小裝置和/或家庭用裝 置的情形中，防盜系統(tǒng)也達(dá)到了與轉(zhuǎn)換裝置相同數(shù)量級(jí)的成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供太陽(yáng)能逆變器以及用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的 裝置，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上以及在功能上被設(shè)計(jì)成符合所指示的需求、且同時(shí)克服參 考所引用現(xiàn)有技術(shù)突出的限制。
以下將變得顯而易見的本目的以及其他目的通過根據(jù)所附權(quán)利要求所制 造的太陽(yáng)能逆變器以及用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置來實(shí)現(xiàn)。
附圖簡(jiǎn)述
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下參考附圖的對(duì)作為指示并以非限制方 式例示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例之一的詳細(xì)描述變得顯而易見，在附圖中


圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置的簡(jiǎn)化示意圖， 圖2是圖1的裝置的控制板的優(yōu)選實(shí)施例的電路圖。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例
在附圖中，標(biāo)記1整體指示用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能并根據(jù)本發(fā)明制造的 裝置。
所討論的裝置能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，其既可用來向電網(wǎng)(并網(wǎng)裝置) 供電又可替換地(附加地)在可充電電池(獨(dú)立裝置)或類似物中存儲(chǔ)電量。 具體地，首先參考圖1，裝置1包括一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能模塊串2 (在附圖
中示出N個(gè)串)，每一個(gè)串由多個(gè)串聯(lián)地電連接在一起的太陽(yáng)能模塊M構(gòu)成。 每個(gè)模塊M (在圖2中可見)如已知地由光伏電池構(gòu)成。模塊和/或串的 數(shù)目以及形成模塊所用的電池的類型取決于各種因素，這些因素包括裝置的總 功率、它排列的方式、區(qū)域中存在的輻射能級(jí)等。在例如家庭裝置的小裝置1 的情形中，僅可存在一個(gè)串2。
串2并聯(lián)地電連接在一起并且因而形成的總組件被稱為"光伏發(fā)電機(jī)"2a。 每個(gè)串2優(yōu)選使用接線盒(未示出)端接，該接線盒用作串與裝置l的緊 接該串的設(shè)備之間的接口。該盒可任選地包含每一個(gè)串2包含一個(gè)的防止串2 中極性反向的保護(hù)性設(shè)備，比如阻塞二極管或保險(xiǎn)絲30 (例如參見圖2，在以 下說明)。如果串不受到遮蔽，則這些保護(hù)設(shè)備也不是必要的。
另外，必要時(shí)提供連接到每個(gè)串的、尤其安排在每個(gè)串2的輸出上的讀取裝置15，以便于讀取并且在必要時(shí)存儲(chǔ)由每個(gè)單獨(dú)的串2在單位時(shí)間上產(chǎn)生的
電流。優(yōu)選地，這樣的讀取裝置15是連接到微處理器的電流傳感器設(shè)備。
同樣可任選地，接線盒可包含用于保護(hù)免受雷電浪涌的變換器(variator)和
/或避雷器、用于保護(hù)免受功率波動(dòng)的保險(xiǎn)絲等。
每個(gè)串2在被太陽(yáng)照射時(shí)產(chǎn)生直流電，其被添加到其余串中所產(chǎn)生的直流電。
在串2的下游，裝置1包括轉(zhuǎn)換組3，該轉(zhuǎn)換組3能將由光伏發(fā)電機(jī)2a 產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電、優(yōu)選轉(zhuǎn)換成頻率和電壓與其中實(shí)現(xiàn)裝置1的國(guó)家 電網(wǎng)中的電流相同的交流電。或者，在獨(dú)立的太陽(yáng)能裝置1的情形下，由光伏 發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的直流電被存儲(chǔ)在電池中而無(wú)需轉(zhuǎn)換成交流電。
在并網(wǎng)的或混合的裝置的情形下，轉(zhuǎn)換組3包括逆變器3a，該逆變器3a 例如借助脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)執(zhí)行轉(zhuǎn)換?？扇芜x地，逆變器3a包含用于光 伏發(fā)電機(jī)的一個(gè)或多個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT) ， MPPT是最大化可從光 伏發(fā)電機(jī)傳遞的功率的設(shè)備。
此外，在本發(fā)明的優(yōu)選示例實(shí)施例中，在逆變器3a的下游安排有變壓器 4以確保光伏發(fā)電機(jī)2a與連接在輸出的電網(wǎng)之間的完全隔離。
逆變器3a優(yōu)選包括用于管理來自各個(gè)串2的信息等等的控制單元10，該 信息比如由光伏發(fā)電機(jī)2a產(chǎn)生的電流量的并由與每個(gè)串2相關(guān)聯(lián)的讀取裝置 獲取的讀數(shù)。此信息還被用來檢測(cè)確定串2中可能故障的存在，在此情形中該 串2在能量在其他串中產(chǎn)生時(shí)長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)送電流信號(hào)。
逆變器3a優(yōu)選在其輸出連接到電網(wǎng)以及消耗裝置，電網(wǎng)和消耗裝置由圖 1中的框5和6示意性地表示。因此由裝置1產(chǎn)生的交流電能被消耗裝置使用 (如果由裝置1生成的能量在該確定時(shí)間區(qū)間不足以滿足消耗裝置的需求，則 按需添加來自電網(wǎng)的能量)或者被提供給普通電網(wǎng)，且交流電優(yōu)選與后者所提 供的電流具有相同的相位。便利地，因此設(shè)置計(jì)量裝置8以便計(jì)算、顯示和存 儲(chǔ)向電網(wǎng)5提供的電量。
替換地或附加地，裝置1還包括諸如蓄能器或電池之類的儲(chǔ)能系統(tǒng)9以使 由光伏發(fā)電機(jī)2a生成的電流即使在電網(wǎng)斷電的情形下也可用。在該情形下， 例如逆變器3a通過從光伏發(fā)電機(jī)2a和/或儲(chǔ)能系統(tǒng)9拉取能量來向消耗裝置供電。
此外，有可能設(shè)置能向例如水泵或其他類型的電動(dòng)機(jī)供電的逆變器3a， 其將由光伏發(fā)電機(jī)2a提供的直流電量轉(zhuǎn)換成具有可變頻率的三相交流電壓。
如因此可從上述優(yōu)選實(shí)施例推論地，裝置1的具體用途不限于本發(fā)明的應(yīng) 用、且可被最大地改變，并且類似地所使用的光伏發(fā)電機(jī)2a和逆變器3a的類 型是不相關(guān)的。此外，有可能裝置l不僅使用來自光伏發(fā)電機(jī)的能量，而且還 使用優(yōu)選來自比如風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可再生資源的其他類型的能量。
裝置1的管理和控制由監(jiān)控系統(tǒng)便利地執(zhí)行，監(jiān)控系統(tǒng)例如是向其發(fā)送所 有與裝置1的操作有關(guān)的或者替換地與逆變器3a的操作有關(guān)的信息的個(gè)人計(jì) 算機(jī)12和/或移動(dòng)電話和/或手持計(jì)算機(jī)13。附加地或作為替換地，監(jiān)控系統(tǒng) 還可包括其中顯示與系統(tǒng)狀態(tài)或操作狀態(tài)有關(guān)的消息的包括指示燈的顯示單 元(未示出)。顯示單元可被放置在逆變器3a上。
用于在裝置1 (或逆變器3a)與監(jiān)控系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議例 如是串行型的，優(yōu)選是MODBUS協(xié)議；然而，可采用本領(lǐng)域己知的任何其他 類型的傳輸；此外，還提供通過發(fā)送信號(hào)來遠(yuǎn)程控制裝置1的可能性，例如用 于加載新程序。
根據(jù)本發(fā)明的主要特征，現(xiàn)參考附圖2，裝置1還包括防盜系統(tǒng)100，該 防盜系統(tǒng)100能夠在形成串2之一的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能模塊被去除的情況下向 裝置1的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送警報(bào)信號(hào)。
如上所述，光伏發(fā)電機(jī)2a的串2的每個(gè)模塊M可被表示為二極管與其并 聯(lián)的電流發(fā)生器。因此，串2具有串聯(lián)在一起的多個(gè)二極管(作為"電等價(jià)物")， 每個(gè)二極管在圖2和3中附注為D、并且每一個(gè)與電流發(fā)生器G并聯(lián)。如上所 述，在串2的輸出上放置有阻塞二極管DB以防止其中短路或沒有光照的串上 的電流的反向。
如果從串2去除一個(gè)或更多個(gè)模塊，則等效電路實(shí)質(zhì)上變成開路(被去除 的模塊M使電路"開路")，并且沒有電信號(hào)可通過串2。如果代替地模塊M 損壞，則通常與該損壞模塊相對(duì)應(yīng)的部分在電學(xué)上等效于短路，并且因此即使 在此情形下來自串2的其他模塊的電流仍然可通過整個(gè)串2并到達(dá)逆變器3a。 替換地，如果模塊M的損壞結(jié)果等效于開路，則電流仍然通過相應(yīng)二極管D。
7因此通過向發(fā)電機(jī)2a的每個(gè)串2發(fā)送以下所述的預(yù)置信號(hào)、并且檢測(cè)作 為所發(fā)送預(yù)置信號(hào)的結(jié)果的來自串2的輸出響應(yīng)信號(hào)，則可檢測(cè)形成串2的所 有模塊M是否存在，因?yàn)槿绻鄙偎鼈冎械娜魏我粋€(gè)則不會(huì)獲得作為任何所 發(fā)送預(yù)置信號(hào)的結(jié)果的響應(yīng)信號(hào)(其必須通過整個(gè)串才到達(dá)輸出)。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選結(jié)合到逆變器3a的控制單元10 (在存在時(shí))內(nèi)的防盜 系統(tǒng)100包括向光伏發(fā)電機(jī)2a的輸入發(fā)送脈沖的脈沖發(fā)生器31。特別地，針 對(duì)每個(gè)串2都設(shè)置有脈沖發(fā)生器31，該脈沖發(fā)生器31能夠向單個(gè)串2發(fā)送脈 沖。替換地，如圖2中示例性所示地，如果光伏發(fā)電機(jī)2a的所有串2包括相 同數(shù)目的模塊M，則可存在單個(gè)脈沖發(fā)生器31。
脈沖發(fā)生器31優(yōu)選包括變壓器T，該變壓器T包括初級(jí)繞組Ll和次級(jí)繞 組L2。初級(jí)繞組L1電連接到例如方波或正弦波發(fā)生器的交變波發(fā)生器16，連 接到例如可適當(dāng)編程的微處理器的端口，或者連接到電子開關(guān)(例如晶體管或 MOSFET)和直流發(fā)電機(jī)Vcc。另一方面，次級(jí)繞組L2電連接到串2以便于 向串2發(fā)送來自初級(jí)繞組Ll的脈沖。因而通過繞組L2的電流根據(jù)控制特性(尤 其脈沖周期)被限制而與串2的模塊M的數(shù)目無(wú)關(guān)。
使用因此顯著交變而非直流的脈沖信號(hào)意味著甚至可在串2被照射(且因 此產(chǎn)生直流)的同時(shí)使用防盜設(shè)備IOO。
優(yōu)選地，并聯(lián)在一起的電阻器R和電容器C被放置在串2與變壓器的次 級(jí)繞組L2之間以便于防止所發(fā)送信號(hào)的任何直流分量通過，從而僅允許交流 分量通過。
至于由發(fā)生器31發(fā)送的脈沖的形式，這些優(yōu)選是固定能量恒流脈沖。例 如，可向每個(gè)串電路發(fā)送約IO mJ的脈沖，并且這考慮例如每一串2有50個(gè) 串聯(lián)的電池板(50個(gè)二極管D)的裝置來實(shí)現(xiàn)，這因此產(chǎn)生具有300 ^周期 的50mA脈沖。防盜電路100在如果每一個(gè)串電池板的數(shù)目減少，則脈沖周期 自動(dòng)增大，但是峰值電流保持恒定的意義上供保持電流恒定之用。
優(yōu)選地，如圖2所示，所用變壓器T以在所述領(lǐng)域內(nèi)稱為"回掃(flyback)" 的配置連接，并且這本質(zhì)上能調(diào)整上述電流。
脈沖可按預(yù)置頻率(例如每一秒一個(gè)脈沖)或按隨機(jī)時(shí)間間隔發(fā)送。
電連接在串2的輸出上的防盜系統(tǒng)100包括信號(hào)檢測(cè)器，其優(yōu)選為能夠檢
8查交流脈沖在串2的輸出的存在性的光隔離器OP。優(yōu)選地，每一個(gè)串2有一 個(gè)光隔離器OP (因此對(duì)于N個(gè)串，示出N個(gè)光隔離器OPl、 ...、 OPN)?？?在本發(fā)明中采用本領(lǐng)域已知的其他脈沖檢測(cè)器，比如測(cè)量電流的變壓器或分流 電阻器。
光隔離器OP由比如電池Vcc的直流源供電。優(yōu)選地，電池Vcc在光伏發(fā) 電機(jī)2a工作時(shí)(即在后者被照射時(shí))被再充電。
當(dāng)光隔離器OP的LED已接收到直流脈沖時(shí)，光隔離器的晶體管傳輸相 應(yīng)的信號(hào)。
防盜系統(tǒng)100還包括向其發(fā)送來自光隔離器0P1.....OPN的信號(hào)的控
制設(shè)備25，例如微處理器。
防盜系統(tǒng)100被配置成當(dāng)由串2輸出的預(yù)置數(shù)目的脈沖不被光隔離器接 收時(shí)，警報(bào)由控制設(shè)備25借助警報(bào)裝置(未示出)發(fā)送給裝置1的監(jiān)控系統(tǒng)， 此預(yù)置數(shù)目是可變且可由控制設(shè)備25配置的參數(shù)。在圖2中，示出背離控制 設(shè)備25的箭頭F，這指示警報(bào)信號(hào)向監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸。后者在類型上最大地 改變，警報(bào)裝置被選擇并配置成便于根據(jù)所采用的監(jiān)控系統(tǒng)類型發(fā)送信號(hào)。
在此所述的防盜系統(tǒng)100甚至可任選地連接到所引用領(lǐng)域已知的標(biāo)準(zhǔn)警 報(bào)/防入侵控制單元，以便以最適當(dāng)?shù)姆绞焦芾砗惋@示來自警報(bào)器的信號(hào)。例如， 警報(bào)器可借助中斷繼電器觸點(diǎn)(break relay contact) 20或通過異步串行 MODBUS連接(即RS485接口；未示出)與裝置的監(jiān)控系統(tǒng)通信。
從圖2的電路中，可清楚如果電壓Vcc例如由于故障而等于零，則在光隔 離器OP的輸出處也沒有脈沖。此外，在對(duì)設(shè)備存在故意損壞或者在繼電器20 尚未被停用時(shí)，還發(fā)送警報(bào)信號(hào)。
本發(fā)明因此實(shí)現(xiàn)所提出的目的，從而獲得優(yōu)于所引用的現(xiàn)有技術(shù)的許多優(yōu)占。
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特別地，相對(duì)便宜的防盜系統(tǒng)可用來持續(xù)監(jiān)控每個(gè)串中所有模塊的存在性 等等。
由于通過存儲(chǔ)來自光伏發(fā)電機(jī)的能量來對(duì)防盜系統(tǒng)供電，所以未使用其他 能源。
將本發(fā)明的防盜系統(tǒng)耦合到現(xiàn)在商業(yè)可用的防盜/防入侵控制系統(tǒng)是可能的。
權(quán)利要求
1. 一種用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置(1)，包括光伏發(fā)電機(jī)(2a)，所述光伏發(fā)電機(jī)(2a)包括至少一個(gè)光伏模塊(M)串(2)，脈沖發(fā)生器(31)，所述脈沖發(fā)生器能夠向所述至少一個(gè)串(2)的輸入發(fā)送電脈沖，信號(hào)檢測(cè)器(OP)，所述信號(hào)檢測(cè)器被安排在所述串(2)的輸出上并且能夠檢測(cè)所述串(2)的輸出上因變于所述輸入上電脈沖的信號(hào)的存在性，以及警報(bào)裝置，所述警報(bào)裝置連接到所述信號(hào)檢測(cè)器(OP)并且能夠在所述串(2)的輸出上沒有信號(hào)的情況下生成警報(bào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置(1)，其特征在于，所述串(2)的輸入上 的所述電脈沖是固定能量恒流脈沖。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置(1)，其特征在于，所述電脈沖以預(yù)置 頻率發(fā)送。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置(1)，其特征在于，所述電脈沖以隨機(jī) 時(shí)間間隔發(fā)送。
5. 如上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，所述脈 沖發(fā)生器(31)包括交變波發(fā)生器(16)和變壓器(T)，所述交變波發(fā)生器(16)與所述變壓器(T)的初級(jí)繞組(Ll)電連接并且所述串(2)與所述變 壓器(T)的次級(jí)繞組(L2)電連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置(1)，其特征在于，所述變壓器(T)以回 掃配置連接。
7. 如上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，所述信 號(hào)檢測(cè)器(OP)包括光隔離器設(shè)備。
8. 如上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，包括向 其發(fā)送由警報(bào)裝置生成的警告的監(jiān)控系統(tǒng)(12、 13)、以及所述監(jiān)控系統(tǒng)與所 述警報(bào)裝置之間的包括串行連接的通信裝置。
9. 一種用于將來自光伏發(fā)電機(jī)(2a)的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變器 (3a)，其包括至少一個(gè)光伏模塊(M)串(2)，并且包括防盜系統(tǒng)(100)，所述防盜系統(tǒng)具有能夠向所述至少一個(gè)串(2)的輸入發(fā)送電脈沖的脈沖發(fā)生器(31) ， ？信號(hào)檢測(cè)器(OP)，所述信號(hào)檢測(cè)器被安排在所述串(2)的輸出上并且 能夠檢測(cè)所述串(2)的輸出上因變于所述輸入的電脈沖的信號(hào)的存在性，以 及警報(bào)裝置，所述警報(bào)裝置連接到所述信號(hào)檢測(cè)器(OP)并且能夠在所述 串(2)的輸出上沒有信號(hào)的情況下生成警報(bào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的逆變器(3a)，其特征在于，所述串(2)的輸 入上的所述電脈沖是固定能量恒流脈沖。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的逆變器(3a)，其特征在于，所述電脈沖 以預(yù)置頻率發(fā)送。
12. 如權(quán)利要求9或10所述的逆變器(3a)，其特征在于，所述電脈沖 以隨機(jī)時(shí)間間隔發(fā)送。
13. 如權(quán)利要求9至12的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的逆變器3(a)，其特征在于，所 述脈沖發(fā)生器(31)包括交變波發(fā)生器(16)以及變壓器(T)，所述交變波 發(fā)生器(16)與所述變壓器(T)的初級(jí)繞組(Ll)電連接，并且所述串(2) 與所述變壓器(T)的次級(jí)繞組(L2)電連接。
14. 如權(quán)利要求13所述的逆變器(3a)，其特征在于，所述變壓器(T) 以回掃配置連接。
15. 如權(quán)利要求9至14的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的逆變器(3a)，其特征在于， 所述信號(hào)檢測(cè)器(OP)包括光隔離器設(shè)備。
16. 如權(quán)利要求9至15的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的逆變器(3a)，其特征在于， 包括向其發(fā)送由所述警報(bào)裝置生成的警報(bào)的監(jiān)控系統(tǒng)(12、 13)、以及所述監(jiān) 控系統(tǒng)與所述警報(bào)裝置之間的包括串行連接的通信裝置。
全文摘要
描述了一種用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置(1)，其包括包括至少一個(gè)光伏模塊(M)的串(2)的光伏發(fā)電機(jī)(2a)、能夠向串(2)的輸入發(fā)送電脈沖的脈沖發(fā)生器(31)、安排在串(2)的輸出上并且能夠檢測(cè)串(2)的輸出上因變于輸入上電脈沖的信號(hào)的存在性的信號(hào)檢測(cè)器(OP)、以及連接到信號(hào)檢測(cè)器(OP)并且能夠在串(2)的輸出上沒有信號(hào)的情況下生成警告的警報(bào)裝置。
文檔編號(hào)G01R31/26GK101523230SQ200780038093
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者R·莫里奇, S·扎納里尼 申請(qǐng)人:桑特諾電子股份公司