組串式逆變器的發(fā)展趨勢(shì)和挑戰(zhàn)――無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)

北極星太陽(yáng)能光伏網(wǎng)訊:隨著全球煤炭、石油資源的衰竭和世界各國(guó)對(duì)環(huán)境污染的重視，太陽(yáng)能等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用成為熱點(diǎn)。其中光伏逆變器作為太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其可靠性決定著光伏系統(tǒng)的安全運(yùn)行，而影響光伏逆變器可靠性的重要因素之一就是逆變器的散熱性能。逆變器的核心器件功率開(kāi)關(guān)對(duì)溫度比較敏感，溫度的變化會(huì)影響其開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)性能衰減甚至損壞，因此逆變器的散熱方案優(yōu)劣決定著產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。近年來(lái)，組串式地面電站在全球得到廣泛應(yīng)用。相比集中式電站，組串式電站有明顯優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：發(fā)電量高，占地面積小，無(wú)需機(jī)房，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便簡(jiǎn)單。特別是針對(duì)分布式屋頂、山地丘陵項(xiàng)目，組串式方案有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。光伏電站一般選在沙漠、高原等陽(yáng)光充足的地方，這些區(qū)域冬季溫度極低，夏季溫度非常高，風(fēng)沙大，海拔高，光照強(qiáng)，有些站點(diǎn)甚至位于海邊，腐蝕性強(qiáng)。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，組串式逆變器通過(guò)掛墻、掛光伏板支架或者掛獨(dú)立安裝架等方式直接暴露在室外，外部部件被雨水、沙塵腐蝕和老化風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重。如何做到既能適應(yīng)惡劣環(huán)境，又能滿(mǎn)足逆變器的散熱，成為了大家最關(guān)心的問(wèn)題。一、組串式逆變器業(yè)界常用散熱方式及問(wèn)題逆變器散熱主要有自然散熱和風(fēng)冷散熱兩種方式，影響散熱能力的關(guān)鍵因素是對(duì)流換熱系數(shù)。一般情況下，風(fēng)冷散熱的換熱系數(shù)比自然對(duì)流高一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此在組串式逆變器外部增加風(fēng)扇可以大大提升散熱能力，行業(yè)廠(chǎng)商普遍采用這種方式散熱。但組串式逆變器應(yīng)用環(huán)境較差，其對(duì)外部風(fēng)扇的防護(hù)性能要求較高。當(dāng)前室外型風(fēng)扇防護(hù)等級(jí)一般只能達(dá)到IP54/IP55，外部有風(fēng)扇設(shè)計(jì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)無(wú)法達(dá)到IP65。同時(shí)為了避免雨水直接沖刷風(fēng)扇，設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)，風(fēng)道會(huì)變得很復(fù)雜，風(fēng)道形式受限，一旦風(fēng)扇失效，散熱能力衰減嚴(yán)重，這樣會(huì)使得逆變器輸出功率降額，發(fā)電量減少，嚴(yán)重影響客戶(hù)利益。更為關(guān)鍵的是，因風(fēng)扇常年暴露在雨水和沙塵中，腐蝕嚴(yán)重，壽命急劇下降，逆變器生命周期內(nèi)需要多次更換風(fēng)扇，維護(hù)成本極高。下圖為某戶(hù)外環(huán)境電站，逆變器運(yùn)行一年后，風(fēng)扇積灰和腐蝕的剖析圖片，從圖片可以看出，腐蝕情況非常嚴(yán)重。

圖1 某戶(hù)外電站逆變器風(fēng)扇積塵腐蝕示意圖

二、組串式逆變器散熱問(wèn)題的應(yīng)對(duì)解決方案無(wú)外部風(fēng)扇設(shè)計(jì)方案雖然散熱能力不如強(qiáng)迫風(fēng)冷方案，但由于逆變器外部無(wú)需安裝風(fēng)扇，防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP65，而且噪聲低，可靠性高，消除因風(fēng)扇失效散熱能力衰減導(dǎo)致的功率降額，易維護(hù)，成本低。隨著輸出功率提升和體積減小，散熱能力將是組串式逆變器設(shè)計(jì)的最大瓶頸。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)采用銅鋁復(fù)合、熱管、均溫板等強(qiáng)化方式減小熱阻，提升散熱器散熱能力。另一種重要方式是腔體內(nèi)部增加擾流風(fēng)扇來(lái)改善內(nèi)部熱點(diǎn)和提升腔體散熱能力，擾流風(fēng)扇由于在腔體內(nèi)部，不存在防護(hù)問(wèn)題，即使失效，對(duì)整體散熱能力和功率影響不大。散熱設(shè)計(jì)方案效果如圖2，3所示。

圖2 無(wú)外部風(fēng)扇，自然散熱，防沙能力強(qiáng) 圖3 內(nèi)部強(qiáng)制擾流，合理布局，消除熱點(diǎn)從表1可以看出，無(wú)外部風(fēng)扇的組串式逆變器，無(wú)論是防護(hù)等級(jí)和可靠性，還是防腐蝕能力，都有明顯優(yōu)勢(shì)。雖然散熱能力相對(duì)較弱，但可以通過(guò)華為獨(dú)特的高效散熱方案解決。

表1 有外部風(fēng)扇和無(wú)外部風(fēng)扇散熱方案比較

組串式逆變器由于大多工作在高溫、多粉塵、風(fēng)吹日曬、雨淋等惡劣的戶(hù)外應(yīng)用，如果采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，風(fēng)扇極易損壞、壽命較短，頻繁的更換風(fēng)扇除影響產(chǎn)品的發(fā)電量外，還會(huì)帶來(lái)昂貴的維護(hù)費(fèi)用;另外，如逆變器安裝在用戶(hù)外墻及閣樓處，強(qiáng)迫風(fēng)冷的噪聲將容易引起客戶(hù)的投訴。而采用自然散熱的產(chǎn)品，無(wú)風(fēng)扇，產(chǎn)品運(yùn)行的長(zhǎng)期可靠性高，噪聲低，所以自熱散熱、無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)成為戶(hù)外小功率逆變器的關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力。隨著組串式逆變器的大量商用，高發(fā)電量，維護(hù)便捷甚至免維護(hù)是客戶(hù)關(guān)注的核心指標(biāo)，逆變器外部風(fēng)扇的存在對(duì)以上指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是一道嚴(yán)重障礙，因此無(wú)外部風(fēng)扇設(shè)計(jì)對(duì)組串式逆變器來(lái)說(shuō)，既是挑戰(zhàn)，也是未來(lái)必然的發(fā)展趨勢(shì)。