光伏逆變器如何從散熱上提高壽命

影響光伏逆變器使用壽命的因素

1、器件壽命

逆變器從廣義上面屬于開關(guān)電源，所以其組成器件基本上可以分為電阻、電容、二極管、功率器件（IGBT或者M(jìn)OS管）、電感和變壓器、電流傳感器、IC、光耦、繼電器等。

電阻、貼片電容和瓷片電容的使用壽命一般都可以達(dá)到20年以上，電感和變壓器在設(shè)計時，只要不超過其材料溫度，理論上認(rèn)為是可以長期工作而不失效的；小功率的二極管，三極管基本可以工作10萬小時以上；繼電器的機械壽命一般在100萬次以上，電氣壽命大于1萬次；功率器件IGBT或者M(jìn)OS只要滿足設(shè)計規(guī)格，一般也不考慮壽命。風(fēng)扇和保險絲屬于易損元器件，對逆變器壽命不會造成影響，壞了只需及時更換就可以；薄膜電容的壽命是10萬小時以上，電解電容壽命在105℃情況下一般在2000-3000H，壽命長的也只有5000-6000H，但是隨著溫度每降低10℃，壽命翻倍。所以在逆變器里面，器件最大的短板在電解電容壽命方面。

2、設(shè)計因素

器件的壽命是保證逆變器壽命的基礎(chǔ)因素，然而優(yōu)良的設(shè)計是保證逆變器壽命的核心因素。那么哪些設(shè)計因素會嚴(yán)重影響逆變器的壽命而在短時間內(nèi)難以被察覺呢？

溫度是影響逆變器壽命的重要因素之一，尤其是電解電容和光耦這些元器件，溫度每升高10℃，電解電容的壽命減少一半，過高的溫度，也會加速光耦的光衰，然而IGBT的驅(qū)動一般都是用光耦，所以光耦的失效會造成IGBT的損壞。

繼電器在零電流切換的時候，壽命達(dá)100萬次，然而隨著切換時電流的增大，壽命幾乎成指數(shù)形式衰減，精準(zhǔn)的軟件控制使繼電器在零電流角度切換是保證繼電器壽命的關(guān)鍵因素。

逆變器工作環(huán)境一般都比較惡劣，受干擾因素很多，如電網(wǎng)質(zhì)量差，當(dāng)?shù)馗行载?fù)載比較大等等，如果逆變器保護功能和EMC設(shè)計不好，則很容易受到外界的干擾，一旦IGBT驅(qū)動受到干擾，則很容易導(dǎo)致其誤導(dǎo)通引起炸機。

3、綜合因素

雖然組串式逆變器是IP65的防護等級，可以安裝室內(nèi)和室外，但是安裝環(huán)境的好壞對逆變器的壽命也是有很大影響的。如果逆變器安裝在陽光直射、濕度、酸堿度較大的環(huán)境會使得逆變器的壽命減少，而且在暴曬的環(huán)境下會容易引起逆變器過溫降載從而影響發(fā)電量。所以選擇適宜的安裝環(huán)境也是保證逆變器壽命的關(guān)鍵因素。

5年前20kw的逆變器大約2萬左右，目前20kw的逆變器只需要1萬不到，而且隨著逆變器的長時間使用，元器件的老化，損耗的加大，效率將會有所降低，同時隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，逆變器的功能也會越來越強大，價格越來越便宜，轉(zhuǎn)換效率也越來越高，所以真有問題還不如直接換臺新的。

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）強制風(fēng)冷

強制風(fēng)冷主要是借助于風(fēng)扇等強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)生比較大的強迫對流傳熱系數(shù)。增大散熱器表面的散熱面積來增強電子元器件的散熱，在實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展散熱器表面的散熱面積以達(dá)到強化傳熱的目的。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驗發(fā)現(xiàn)，50kW功率等級以上的組串式逆變器，強制風(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，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)；

在中功率時風(fēng)扇低速運行。

實際是逆變器滿功率運行時間不是很多，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：

（1）分腔管理：逆變器中最易受溫度影響的器件是運放，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，降低機箱內(nèi)溫度。同時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。

（2）散熱的仿真技術(shù)：利用仿真軟件可較真實地模擬系統(tǒng)的熱狀況，在設(shè)計過程中就能預(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)計的研發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品的一次成功率。

（3）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。

（4）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。

系統(tǒng)安裝時要注意散熱方面的事情

逆變器本身是一個發(fā)熱源，所有的熱量都要及時散發(fā)出來，不能放在一個封閉的空間，否則溫度會越升越高。

逆變器要放在一個空氣流通的空間，要盡量避免陽光直射。

多臺逆變器裝在一起時，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。

原標(biāo)題：怎樣提高光伏逆變器使用壽命？