組串式逆變器的發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)

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(wǎng)發(fā)電技術(shù)及應(yīng)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(shè)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(guān)對溫度比較敏感，溫度的變化會影響其開通和關(guān)斷過程，當(dāng)溫度過高時會導(dǎo)致功率開關(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，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，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(fēng)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(yīng)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(fēng)險嚴重。如何做到既能適應(yīng)惡劣環(huán)境，又能滿足逆變器的散熱，成為了大家最關(guān)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(fēng)冷散熱兩種方式，影響散熱能力的關(guān)鍵因素是對流換熱系數(shù)。一般情況下，風(fēng)冷散熱的換熱系數(shù)比自然對流高一個數(shù)量級，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，其對外部風(fēng)扇的防護性能要求較高。當(dāng)前室外型風(fēng)扇防護等級一般只能達到IP54/IP55，外部有風(fēng)扇設(shè)計導(dǎo)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(fēng)扇，設(shè)計散熱方案時，風(fēng)道會變得很復(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(guān)鍵的是，因風(fēng)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(nèi)需要多次更換風(fēng)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(fēng)扇積灰和腐蝕的剖析圖片，從圖片可以看出，腐蝕情況非常嚴重。




圖1 某戶外電站逆變器風(fēng)扇積塵腐蝕示意圖

二．組串式逆變器散熱問題的應(yīng)對

無外部風(fēng)扇設(shè)計方案雖然散熱能力不如強迫風(fēng)冷方案，但由于逆變器外部無需安裝風(fēng)扇，防護等級可以達到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，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)計的最大瓶頸。針對這個問題，可以通過采用銅鋁復(fù)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(nèi)部增加擾流風(fēng)扇來改善內(nèi)部熱點和提升腔體散熱能力，擾流風(fēng)扇由于在腔體內(nèi)部，不存在防護問題，即使失效，對整體散熱能力和功率影響不大。華為散熱設(shè)計方案效果如圖2，3所示。

圖2 無外部風(fēng)扇，自然散熱，防沙能力強 圖3 內(nèi)部強制擾流，合理布局，消除熱點

華為SUN2000組串式逆變器正是采用以上散熱理念設(shè)計，再加上華為公司獨特的均熱設(shè)計技術(shù)，熱隔離、熱屏蔽技術(shù)等，實現(xiàn)了無外部風(fēng)扇，逆變器整體防護等級達到IP65，可靠性高。從西北高原重沙塵和海南海邊強腐蝕環(huán)境的長期應(yīng)用情況看，華為組串式逆變器整體可靠性和防護效果較佳，運行良好，性能穩(wěn)定。[page] 摘要：近年來，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，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。

從表1可以看出，無外部風(fēng)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(fēng)扇和無外部風(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、雨淋等惡劣的戶外應(yīng)用，如果采用強迫風(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(fēng)冷的噪聲將容易引起客戶的投訴。而采用自然散熱的產(chǎn)品，無風(fēng)扇，產(chǎn)品運行的長期可靠性高，噪聲低，所以自熱散熱、無風(fēng)扇設(shè)計成為戶外小功率逆變器的關(guān)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(guān)注的核心指標，逆變器外部風(fēng)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(fēng)扇設(shè)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。