散熱方案選擇可影響光伏逆變器壽命2-3倍

摘要：采用不同的散熱方式，將影響逆變器內(nèi)各元器件的工作環(huán)境溫度，進(jìn)而直接關(guān)聯(lián)各元器件及整機(jī)的壽命和故障率。溫度對各主要元器件及產(chǎn)品壽命有多大影響？針對風(fēng)冷自冷方案優(yōu)劣討論較多的組串型逆變器，通過產(chǎn)品實際比較，優(yōu)劣更顯而易見。 　　針對組串型光伏逆變器，業(yè)內(nèi)在風(fēng)冷自冷散熱方案優(yōu)劣上各有見解。本文分別取市場在銷售的國內(nèi)代表品牌30KW風(fēng)冷組串光伏逆變器，和20KW自冷組串光伏逆變器（含內(nèi)擾風(fēng)扇，用于均勻機(jī)箱內(nèi)部溫度）為樣本，分析風(fēng)冷自冷方案對逆變器的壽命影響。 　　1、風(fēng)冷/自冷散熱方式下內(nèi)部器件的工作環(huán)境溫度 　　選取兩個產(chǎn)品樣本在同等的正常工作環(huán)境下滿載穩(wěn)定運行，測試收集設(shè)備內(nèi)部各關(guān)鍵元器件溫度值如下表1。 　　表1：滿載工作時內(nèi)部各器件環(huán)境溫度 　?。ǚ€(wěn)定運行在480V直流電壓、400V交流電壓、50℃環(huán)境溫度下） 　　從實測數(shù)據(jù)比較看，同等工作環(huán)境滿載穩(wěn)定運行，20KW自冷逆變器較30KW風(fēng)冷逆變器機(jī)箱內(nèi)各器件工作溫度要高10℃左右。 　　2、關(guān)鍵器件工作溫度與壽命的比較分析 　　2.1、膜電容壽命對比分析 　　根據(jù)對樣本產(chǎn)品的內(nèi)部溫度實測數(shù)據(jù)，假定紋波電流相同，以1.1倍額定電壓工作（曲線傾斜度一致，便于讀值選取1.1倍，不影響比較結(jié)果），根據(jù)圖1曲線可獲得兩者膜電容壽命對比如表2。 　　在關(guān)鍵器件膜電容上，風(fēng)冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命，是自冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命的三倍。 　　2.2、內(nèi)部風(fēng)扇壽命對比分析 　　以三洋風(fēng)扇為例，風(fēng)扇壽命受溫度影響的關(guān)系曲線如圖2。根據(jù)對樣本產(chǎn)品的內(nèi)部溫度實測數(shù)據(jù)，根據(jù)圖2曲線可獲得兩者風(fēng)扇壽命對比如表3： 　　在關(guān)鍵器件風(fēng)扇上，風(fēng)冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命，是自冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命的兩倍以上。 　　2.3、模塊壽命對比分析 　　模塊作為逆變器最為核心器件，其工作時內(nèi)部結(jié)溫直接影響使用壽命，圖3是英飛凌提供的晶元結(jié)溫與壽命對應(yīng)關(guān)系曲線。根據(jù)對樣本產(chǎn)品的內(nèi)部溫度實測數(shù)據(jù)，推算出模塊結(jié)溫和兩者模塊壽命對比如表4（推算過程專業(yè)性強(qiáng)，這里不在贅述）。 　　在關(guān)鍵器件模塊上，風(fēng)冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命，是自冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命的1.7倍。 　　3、風(fēng)扇器件壽命及可維護(hù)性 　　器件壽命直接決定整機(jī)壽命，故障器件可維護(hù)性直接影響整機(jī)的維護(hù)成本。在30KW風(fēng)冷逆變器和20KW自冷逆變器的器件比較和設(shè)計中，30KW風(fēng)冷逆變器在風(fēng)扇設(shè)計和選型上有顯著優(yōu)勢。 　　3.1、風(fēng)扇壽命高于電站壽命 　　風(fēng)扇是成熟的工業(yè)器件，應(yīng)用于樣本30KW風(fēng)冷逆變器的是NMB風(fēng)扇，防護(hù)等級為IP65，可在任何灰塵環(huán)境下，甚至完全浸入水中正常工作。圖4為NMB風(fēng)扇壽命曲線。 圖4 NMB風(fēng)扇壽命曲線 　　根據(jù)圖4，以逆變器運行的最高環(huán)境溫度50度計算，正常運行時間為60319小時。通過智能強(qiáng)制風(fēng)冷控制，只有逆變器的模塊溫度達(dá)到70度以上，風(fēng)扇才會滿轉(zhuǎn)，在正常一天內(nèi)，滿足滿轉(zhuǎn)條件的時間大概在6小時左右，一年為365天，可得風(fēng)扇使用壽命如表5。 　　在最惡劣的情況下，30KW風(fēng)冷逆變器風(fēng)扇可運行27.5年。另外，考慮雨天、以及環(huán)境溫度低于50℃等因素，風(fēng)扇的運行壽命將更長。 　　3.2、風(fēng)扇可維護(hù)性 　　30KW風(fēng)冷逆變器的風(fēng)扇工作壽命要遠(yuǎn)長于逆變器，通常情況下不需要對風(fēng)扇進(jìn)行維護(hù)，即便出現(xiàn)需要更換的情況，也具備良好快捷的可拆卸性，如圖5。 圖5 30KW風(fēng)冷逆變器風(fēng)扇可拆卸結(jié)構(gòu)圖 　　不同的維護(hù)人員3次對逆變器進(jìn)行風(fēng)扇更換，所用時間如下表6。 　　總結(jié)：通過對30KW風(fēng)冷逆變器和20KW自冷逆變器在同等工作環(huán)境下的運行數(shù)據(jù)收集比較，風(fēng)冷散熱方式較自冷散熱方式可提升各關(guān)鍵元器件壽命2-3倍。特別是風(fēng)冷型逆變器的風(fēng)扇，壽命超過逆變器本身壽命。