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組串式逆變器的發展趨勢和挑戰

2018-05-31 17:04:54 大云網  點擊量: 評論 (0)
隨著全球煤炭、石油資源的衰竭和世界各國對環境污染的重視,太陽能等可再生能源并網發電技術及應用成為熱點。

●IGBT模塊壽命分析

華為逆變器中采用Infineon無銅底板結構IGBT模塊,最大結溫175℃,實際測試高溫50C滿載下最大結溫不超過125℃,溫度余量50℃。根據Infineon研究結論:無銅底板IGBT模塊失效模式主要是Bondwire失效,而造成Bondwire失效的主要原因是功率循環引起的熱應力。

圖5 Bondwire失效示例

假設20KW自冷逆變器高溫50度額定滿載工作,每天功率由0到滿載的循環次數假設平均為20次,高溫滿載結溫按照最高125度計算,則溫度最大擺幅為75度,根據IGBT模塊廠家提供溫差和循環壽命次數曲線,IGBT模塊壽命評估結果大于25年。實際氣候條件下,對于晴朗天氣,每天功率大循環次數較少,實際的情況還會優于理論計算值。

圖6 IGBT溫差與循環壽命曲線

●鋁電解電容壽命分析

鋁電解電容存在電解液干涸、氧化膜退化、橡膠塞老化等失效模式,屬于壽命衰減型器件。選取實際的熱帶、亞熱帶和溫帶典型地區典型氣候場景,理論結合實測評估華為自冷逆變器瓶頸器件電解電容壽命超過25年;考慮太陽能電池板在高溫下功率還會下降(曲線如左下圖),氣候變化有云、陰、雨、雪等日照量小的天氣,日照時間比例也大都少于50%,實際的情況還會優于理想計算值。在中國海南最熱的地方,測試實際數據顯示,腔內平均溫度為60℃以下,依照鋁電解電容的壽命計算方法,溫度每降10℃,壽命增加一倍。華為選用的鋁電解電容可滿足10-12萬小時的工作時間,大于25年壽命。如果將冬天的情況一起匯總起來,平均溫度會更低。

圖7 海南某局點8月逆變器腔內測試溫度

三、結束語

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,都有較明顯優勢。

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。

逆變器的可靠性,是一項綜合的系統工程。可靠性和壽命的短板是外置風扇。而逆變器的自然散熱技術,通過業界最嚴格的產品質量規范流程,以及海量的產品長期應用驗證,給客戶帶來的是一個能夠在25年的生命周期內滿足高溫高濕、高海拔等各種復雜環境可靠運行的質量要求。

隨著組串式逆變器的大量商用,高發電量,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,也是未來必然的發展趨勢。

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責任編輯:蔣桂云

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