組串式逆變器的發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)DD無風扇設計

北極星太陽能光伏網訊:隨著全球煤炭、石油資源的衰竭和世界各國對環(huán)境污染的重視，太陽能等可再生能源并網發(fā)電技術及應用成為熱點。其中光伏逆變器作為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心設備，其可靠性決定著光伏系統(tǒng)的安全運行，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關對溫度比較敏感，溫度的變化會影響其開通和關斷過程，當溫度過高時會導致功率開關性能衰減甚至損壞，因此逆變器的散熱方案優(yōu)劣決定著產品的性能和質量。近年來，組串式地面電站在全球得到廣泛應用。相比集中式電站，組串式電站有明顯優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在以下幾點：發(fā)電量高，占地面積小，無需機房，運行可靠，維護方便簡單。特別是針對分布式屋頂、山地丘陵項目，組串式方案有著無可比擬的優(yōu)勢。光伏電站一般選在沙漠、高原等陽光充足的地方，這些區(qū)域冬季溫度極低，夏季溫度非常高，風沙大，海拔高，光照強，有些站點甚至位于海邊，腐蝕性強。在這些應用場景中，組串式逆變器通過掛墻、掛光伏板支架或者掛獨立安裝架等方式直接暴露在室外，外部部件被雨水、沙塵腐蝕和老化風險嚴重。如何做到既能適應惡劣環(huán)境，又能滿足逆變器的散熱，成為了大家最關心的問題。一、組串式逆變器業(yè)界常用散熱方式及問題逆變器散熱主要有自然散熱和風冷散熱兩種方式，影響散熱能力的關鍵因素是對流換熱系數(shù)。一般情況下，風冷散熱的換熱系數(shù)比自然對流高一個數(shù)量級，因此在組串式逆變器外部增加風扇可以大大提升散熱能力，行業(yè)廠商普遍采用這種方式散熱。但組串式逆變器應用環(huán)境較差，其對外部風扇的防護性能要求較高。當前室外型風扇防護等級一般只能達到IP54/IP55，外部有風扇設計導致整體系統(tǒng)防護等級無法達到IP65。同時為了避免雨水直接沖刷風扇，設計散熱方案時，風道會變得很復雜，風道形式受限，一旦風扇失效，散熱能力衰減嚴重，這樣會使得逆變器輸出功率降額，發(fā)電量減少，嚴重影響客戶利益。更為關鍵的是，因風扇常年暴露在雨水和沙塵中，腐蝕嚴重，壽命急劇下降，逆變器生命周期內需要多次更換風扇，維護成本極高。下圖為某戶外環(huán)境電站，逆變器運行一年后，風扇積灰和腐蝕的剖析圖片，從圖片可以看出，腐蝕情況非常嚴重。

圖1 某戶外電站逆變器風扇積塵腐蝕示意圖

二、組串式逆變器散熱問題的應對解決方案無外部風扇設計方案雖然散熱能力不如強迫風冷方案，但由于逆變器外部無需安裝風扇，防護等級可以達到IP65，而且噪聲低，可靠性高，消除因風扇失效散熱能力衰減導致的功率降額，易維護，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計的最大瓶頸。針對這個問題，可以通過采用銅鋁復合、熱管、均溫板等強化方式減小熱阻，提升散熱器散熱能力。另一種重要方式是腔體內部增加擾流風扇來改善內部熱點和提升腔體散熱能力，擾流風扇由于在腔體內部，不存在防護問題，即使失效，對整體散熱能力和功率影響不大。散熱設計方案效果如圖2，3所示。

圖2 無外部風扇，自然散熱，防沙能力強 圖3 內部強制擾流，合理布局，消除熱點從表1可以看出，無外部風扇的組串式逆變器，無論是防護等級和可靠性，還是防腐蝕能力，都有明顯優(yōu)勢。雖然散熱能力相對較弱，但可以通過華為獨特的高效散熱方案解決。

表1 有外部風扇和無外部風扇散熱方案比較

組串式逆變器由于大多工作在高溫、多粉塵、風吹日曬、雨淋等惡劣的戶外應用，如果采用強迫風冷，風扇極易損壞、壽命較短，頻繁的更換風扇除影響產品的發(fā)電量外，還會帶來昂貴的維護費用;另外，如逆變器安裝在用戶外墻及閣樓處，強迫風冷的噪聲將容易引起客戶的投訴。而采用自然散熱的產品，無風扇，產品運行的長期可靠性高，噪聲低，所以自熱散熱、無風扇設計成為戶外小功率逆變器的關鍵競爭力。隨著組串式逆變器的大量商用，高發(fā)電量，維護便捷甚至免維護是客戶關注的核心指標，逆變器外部風扇的存在對以上指標的實現(xiàn)是一道嚴重障礙，因此無外部風扇設計對組串式逆變器來說，既是挑戰(zhàn)，也是未來必然的發(fā)展趨勢。