如何从散热上提高寿命–光伏逆变器中的黑科技

图1：逆变器安全管家功能

在光伏行【háng】业标准NB32004-2013中，逆变器有100多个【gè】严格【gé】的技术参数，每一个参数合格才能拿到证书。国家质检【jiǎn】总局每一年【nián】也会抽查，对光伏并网【wǎng】逆变器【qì】产品的保护【hù】连接、接触【chù】电流、固体【tǐ】绝【jué】缘的工频耐受电压、额定【dìng】输入输出、转【zhuǎn】换效率、谐波【bō】和波【bō】形【xíng】畸变、功率因数、直流分量、交流输出【chū】侧过/欠压保护等9个项【xiàng】目进行了检验【yàn】。一【yī】款全【quán】新的逆变器，从开发到【dào】量产，要两年多时间才能出来，除了过欠电压保护等功能外【wài】，逆变器还有很多鲜【xiān】为人知的黑科技，如【rú】漏电【diàn】流控制、热设计、电【diàn】磁兼容、谐波抑【yì】制、效率控制【zhì】等等，需【xū】要投【tóu】入大量的人力和物力去研发和【hé】测【cè】试。本【běn】文主要【yào】介绍逆变器【qì】的散【sàn】热设【shè】计技【jì】术1、逆变器为什么要散热逆变【biàn】器【qì】作【zuò】为一款电力电子设备，和所【suǒ】有电子产品一样都面临【lín】温【wēn】度带来的挑战，来自美国【guó】空军航空【kōng】电【diàn】子整体研究项目的一份调查报告【gào】显示【shì】（图【tú】2）：所有电子产品失效案【àn】例中，其中有高达55%的比例是温度原因造成的。逆变器内【nèi】部的电子元器件【jiàn】对温度同样【yàng】是【shì】非常敏感的，根【gēn】据【jù】可【kě】靠性理论10度法则，从室温起，温度每升高10度，寿命减【jiǎn】半，所【suǒ】以逆变器散【sàn】热设计非常重要【yào】。图2：电子产品失效的主要原因

2、逆变器散热的几种方式

逆【nì】变器散【sàn】热系统主要包【bāo】括散【sàn】热器【qì】、冷却风扇、导热硅脂等材料。目前逆【nì】变【biàn】器散热方式主【zhǔ】要有两种：一是【shì】自然冷却，二是【shì】强制风冷【lěng】。

（1）自然冷却

自然冷却是指不使用【yòng】任何外部辅助能量的情况下，实现【xiàn】局部发热器件向周围环境散【sàn】热【rè】达到温度【dù】控制【zhì】的【de】目的【de】，这其中通常【cháng】都包含【hán】了导热、对【duì】流和辐射三种主要传热方式，其【qí】中对【duì】流以自然对流方式为主，自【zì】然散热或冷却往【wǎng】往【wǎng】适【shì】用对温度控制要求不【bú】高、器件发热【rè】的热【rè】流密度不大【dà】的低功耗器【qì】件和部件，以及密封或密集组装的【de】器件不宜（或不【bú】需【xū】要）采用其【qí】它冷【lěng】却技【jì】术的情况下。目前市【shì】场上主流的单【dān】相逆变【biàn】器和20kW以下的三相【xiàng】逆变器，大【dà】部分厂家【jiā】均【jun1】采用自然冷却【què】方式。

强制风冷主要是【shì】借助于风扇等强迫器件周边空气【qì】流动，从而【ér】将器件散【sàn】发出的【de】热量带走的一种方法。这种方法【fǎ】是一种【zhǒng】操作【zuò】简便、收效明显【xiǎn】的【de】散热方法。如果部【bù】件内元【yuán】器件之【zhī】间的空间适合空气【qì】流动【dòng】或适于【yú】安装局部散热器，就可尽量使用这种冷却方法。提高这种强迫对流传热能力的方法，增大【dà】散热面【miàn】积和在散热表面【miàn】产生比较大的强【qiáng】迫【pò】对流传【chuán】热系数【shù】。增大散热【rè】器【qì】表【biǎo】面的散热面【miàn】积【jī】来增【zēng】强电子元器件的散热，在实际工【gōng】程中得到了【le】非常【cháng】广泛的应用【yòng】。工程中【zhōng】主要【yào】是采用【yòng】肋【lèi】片来扩展散热【rè】器表面的【de】散热面积以【yǐ】达【dá】到强化传热的目的。散热器本身材料的选择【zé】跟其【qí】散热性能有着直【zhí】接的关系。目前，散热器【qì】的材料主要是用铜或铝【lǚ】，其扩展【zhǎn】换热面经折叠鳍/冲压薄鳍等【děng】工【gōng】艺制成。

（3）两种散热方式对比

自然散热没有风扇，噪声低，但【dàn】散【sàn】热速度【dù】慢，一般用于小功率的逆【nì】变【biàn】器，强制风冷要配置风扇【shàn】，噪声大，但散热速度快，一【yī】般【bān】用于大功率的逆变器，在中功【gōng】率【lǜ】的组串式逆变器，两种方式都有。通过组串式逆变器散热能力对比实验【yàn】发【fā】现【xiàn】，50kW功率等级以上【shàng】的组串式逆【nì】变器，强制【zhì】风冷的【de】散【sàn】热效【xiào】果要优于自然冷却【què】散【sàn】热方式，逆变【biàn】器内部电容、IGBT等关键部件温升降【jiàng】低了20℃左右，可确保【bǎo】逆变器长寿命【mìng】高效工作；而采【cǎi】用自然【rán】冷却方式的【de】逆变器温升高，元器件寿命降低【dī】。

强制风冷也有【yǒu】采【cǎi】用高速风扇和中速风扇【shàn】两【liǎng】种。采用高【gāo】速【sù】风扇可以减少散热【rè】器【qì】的体积和重量，但会增加噪【zào】声，风扇【shàn】寿命也比较短；采用中等【děng】调速风扇，散热器稍微【wēi】大【dà】一些，但是【shì】在低功率【lǜ】时，风【fēng】扇不转，在【zài】中功率时风扇【shàn】低速【sù】运行。实际是【shì】逆变器满功率运行时间不【bú】是很多，因此【cǐ】风扇的寿命可以很【hěn】长。

3、系统安装时要注意散热方面的事情

逆变器本身是【shì】一个发热源，所有的热量都要及时散发出来【lái】，不【bú】能放在一【yī】个封闭【bì】的空【kōng】间【jiān】，否则温【wēn】度会越【yuè】升越高。逆变器要放在一个空气流通的空间，要尽量避免阳光直射。多台逆变器装在一起时，为了【le】避免相互【hù】影响，逆变器【qì】和逆变器【qì】之间要留【liú】有足【zú】够的距【jù】离。