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光伏逆變器如何從散熱上提高壽命？ 2018-05-21 10:57:19

摘要：光伏逆變器是光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成符合電網(wǎng)要求的交流電。

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　　光伏逆變器是光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成符合電網(wǎng)要求的交流電。
　　但實(shí)際上逆變器不僅僅是逆變，而是光伏電站的安全管家，逆變器還承擔(dān)著光伏方陣和電網(wǎng)的監(jiān)測和保護(hù)，對外界環(huán)境防護(hù)和人機(jī)交互等系統(tǒng)級功能。
　　逆變器為什么要散熱
　　逆變器作為一款電力電子設(shè)備，和所有電子產(chǎn)品一樣都面臨溫度帶來的挑戰(zhàn)。
　　所有電子產(chǎn)品失效案例中，其中有高達(dá)55%的比例是溫度原因造成的。
　　逆變器內(nèi)部的電子元器件對溫度同樣是非常敏感的，根據(jù)可靠性理論10度法則，從室溫起，溫度每升高10度，壽命減半，所以逆變器散熱設(shè)計(jì)非常重要。
　　逆變器散熱的幾種方式
　　逆變器散熱系統(tǒng)主要包括散熱器、冷卻風(fēng)扇、導(dǎo)熱硅脂等材料。
　　目前逆變器散熱方式主要有兩種：一是自然冷卻，二是強(qiáng)制風(fēng)冷。
　　1）自然冷卻
　　自然冷卻是指不使用任何外部輔助能量的情況下，實(shí)現(xiàn)局部發(fā)熱器件向周圍環(huán)境散熱達(dá)到溫度控制的目的，這其中通常都包含了導(dǎo)熱、對流和輻射三種主要傳熱方式，其中對流以自然對流方式為主。
　　自然散熱或冷卻往往適用對溫度控制要求不高、器件發(fā)熱的熱流密度不大的低功耗器件和部件，以及密封或密集組裝的器件不宜（或不需要）采用其它冷卻技術(shù)的情況下。
　　目前市場上主流的單相逆變器和20kW以下的三相逆變器，大部分廠家均采用自然冷卻方式。
　　2）強(qiáng)制風(fēng)冷
　　強(qiáng)制風(fēng)冷主要是借助于風(fēng)扇等強(qiáng)迫器件周邊空氣流動，從而將器件散發(fā)出的熱量帶走的一種方法。
　　這種方法是一種操作簡便、收效明顯的散熱方法。
　　如果部件內(nèi)元器件之間的空間適合空氣流動或適于安裝局部散熱器，就可盡量使用這種冷卻方法。
　　提高這種強(qiáng)迫對流傳熱能力的方法，增大散熱面積和在散熱表面產(chǎn)生比較大的強(qiáng)迫對流傳熱系數(shù)。增大散熱器表面的散熱面積來增強(qiáng)電子元器件的散熱，在實(shí)際工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
　　工程中主要是采用肋片來擴(kuò)展散熱器表面的散熱面積以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。散熱器本身材料的選擇跟其散熱性能有著直接的關(guān)系。
　　目前，散熱器的材料主要是用銅或鋁，其擴(kuò)展換熱面經(jīng)折疊鰭/沖壓薄鰭等工藝制成。
　　3）兩種散熱方式對比
　　自然散熱沒有風(fēng)扇，噪聲低，但散熱速度慢，一般用于小功率的逆變器；
　　強(qiáng)制風(fēng)冷要配置風(fēng)扇，噪聲大，但散熱速度快，一般用于大功率的逆變器；
　　在中功率的組串式逆變器，兩種方式都有。
　　通過組串式逆變器散熱能力對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，50kW功率等級以上的組串式逆變器，強(qiáng)制風(fēng)冷的散熱效果要優(yōu)于自然冷卻散熱方式，逆變器內(nèi)部電容、IGBT等關(guān)鍵部件溫升降低了20℃左右，可確保逆變器長壽命高效工作；
　　而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高，元器件壽命降低。
　　強(qiáng)制風(fēng)冷也有采用高速風(fēng)扇和中速風(fēng)扇兩種。
　　采用高速風(fēng)扇可以減少散熱器的體積和重量，但會增加噪聲，風(fēng)扇壽命也比較短；
　　采用中等調(diào)速風(fēng)扇，散熱器稍微大一些，但是在低功率時(shí)，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)；
　　在中功率時(shí)風(fēng)扇低速運(yùn)行。
　　實(shí)際是逆變器滿功率運(yùn)行時(shí)間不是很多，因此風(fēng)扇的壽命可以很長。
　　最新的散熱技術(shù)
　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，逆變器在散熱方面獲得了很大的發(fā)展：
　?。?）分腔管理：逆變器中最易受溫度影響的器件是運(yùn)放，傳感器、電解電容等，電感、電纜、功率開關(guān)管等比較耐高溫，可以通過分腔的方法隔開發(fā)熱的元器件，將發(fā)熱器件功率，比如電感放在逆變器的外面，降低機(jī)箱內(nèi)溫度。同時(shí)可以采用整體式外殼結(jié)構(gòu)，散熱器與外殼直接緊密相結(jié)，讓鋁合金外殼通過兩條路徑來進(jìn)行散熱，從而達(dá)到降低元器件溫度和逆變器內(nèi)部溫度的效果，保證了元器件和逆變器更長的使用壽命。
　?。?）散熱的仿真技術(shù)：利用仿真軟件可較真實(shí)地模擬系統(tǒng)的熱狀況，在設(shè)計(jì)過程中就能預(yù)測到各元器件的工作溫度值，這樣就可糾正不合理的逆變器結(jié)構(gòu)布局，從而縮短設(shè)計(jì)的研發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品的一次成功率。
　?。?）新的散熱材料的應(yīng)用：譬如鋼制散熱器、鋁合金散熱器、銅制散熱器、銅鋁復(fù)合散熱器、鋼鋁復(fù)合散熱器、不銹鋼散熱器等。
　?。?）新型熱管散熱技術(shù)：熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到良好的制冷效果。具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、溫度可控制等特點(diǎn)。
　　系統(tǒng)安裝時(shí)要注意散熱方面的事情
　　逆變器本身是一個(gè)發(fā)熱源，所有的熱量都要及時(shí)散發(fā)出來，不能放在一個(gè)封閉的空間，否則溫度會越升越高。
　　逆變器要放在一個(gè)空氣流通的空間，要盡量避免陽光直射。
　　多臺逆變器裝在一起時(shí)，為了避免相互影響，逆變器和逆變器之間要留有足夠的距離。（來源:英電股份、固德威光伏社區(qū)）