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光伏逆變器是光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成符合電網(wǎng)要求的交流電。


但實際上逆變器不僅僅是逆變，而是光伏電站的安全管家，逆變器還承擔著光伏方陣和電網(wǎng)的監(jiān)測和保護，對外界環(huán)境防護和人機交互等系統(tǒng)級功能。


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行散熱，從而達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。