不同散熱方式組串式逆變器散熱能力調(diào)查

責(zé)任編輯:editor007

作者:張思思

2015-09-21 17:40:01

摘自:世紀(jì)新能源網(wǎng)

為了提高逆變器的散熱能力,保障核心電子器件的使用壽命,單機(jī)功率等級(jí)在25kW以上的組串式逆變器采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式更適宜。再次驗(yàn)證了“當(dāng)組串式逆變器單機(jī)功率大于25kW時(shí),散熱熱流密度較大,采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式更為適宜”設(shè)計(jì)觀點(diǎn)的正確性。

1 引言

組串式逆變器散熱方式主要有強(qiáng)制風(fēng)冷和自然冷卻兩種,針對(duì)兩種散熱方式的實(shí)際效果,筆者抽取了不同廠家不同散熱方式的兩款組串式逆變器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在同樣的環(huán)境溫度下,強(qiáng)制風(fēng)冷的逆變器內(nèi)部環(huán)境溫度及核心器件溫升比自然冷卻的逆變器低約20℃左右,強(qiáng)制風(fēng)冷的逆變器散熱性能更優(yōu),實(shí)際使用壽命更有保障,逆變器可在較高的環(huán)境溫度下滿功率輸出,保證發(fā)電量。通過對(duì)國內(nèi)某電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn),自然冷卻的組串式逆變器由于散熱性能差,夏天高溫環(huán)境下出現(xiàn)降額運(yùn)行,造成電站發(fā)電量損失。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:?jiǎn)螜C(jī)25kW以上的逆變器采用強(qiáng)制風(fēng)冷更適宜

隨著分布式光伏的發(fā)展,25kW~60kW功率等級(jí)的組串式逆變器廣泛應(yīng)用于工商業(yè)屋頂、小型山丘等光伏電站,由于安裝在戶外,工作環(huán)境溫度相對(duì)較高;同時(shí)逆變器廠家為了方便系統(tǒng)安裝,逆變器尺寸越做越小,開關(guān)器件產(chǎn)生的熱量較為集中, 對(duì)組串式逆變器的散熱能力提出了很高挑戰(zhàn)。散熱能力的優(yōu)劣最終表現(xiàn)出來的是機(jī)器內(nèi)部環(huán)境溫度及器件溫度的高低,并將直接影響著逆變器實(shí)際發(fā)電量和使用壽 命。為了保證電站25年內(nèi)高效可靠的發(fā)電,眾多的電站投資及設(shè)計(jì)人員在組串式逆變器選型時(shí),對(duì)逆變器散熱能力的關(guān)注越來越多。

《散熱方案選擇主要取決于逆變器功率》一文從理論分析認(rèn)為:當(dāng)組串式逆變器單機(jī)功率大于25kW時(shí),散熱熱流密度較大,從散熱效果的角度采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱 方式更為適宜。為了驗(yàn)證單機(jī)功率25kW以上的組串式逆變器強(qiáng)制風(fēng)冷和自然冷卻的實(shí)際散熱效果差異,筆者挑選了國內(nèi)主流的兩廠家40kW組串式逆變器進(jìn)行 相關(guān)實(shí)驗(yàn):A廠家采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式,B廠家采用自然冷卻散熱方式。兩廠家的逆變器均在環(huán)境溫度45℃和相同交直流電壓條件下穩(wěn)定運(yùn)行,通過在內(nèi)部環(huán)境、膜電容、電解電容、逆變模塊等關(guān)鍵區(qū)域布置溫度測(cè)點(diǎn),測(cè)得各點(diǎn)溫度值如表1。測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)B廠家40kW逆變器實(shí)際最大輸出功率只有32kW(80%負(fù) 載),針對(duì)此現(xiàn)象筆者仔細(xì)分析后得出兩點(diǎn)原因,一是在環(huán)境溫度45℃時(shí)逆變器出現(xiàn)了降額運(yùn)行,二是逆變器自身容量配置設(shè)計(jì)不合理,輸出功率達(dá)不到標(biāo)稱的額 定功率。如果自然冷卻的逆變器工作在滿載,實(shí)際的溫升將更高。

眾所周知,電子器件實(shí)際使用壽命與其所處的環(huán)境溫度密切相關(guān),溫度越高,器件實(shí)際使用壽命越短,根據(jù)電子器件壽命與環(huán)境溫度的“10度法則”,即環(huán)境溫度每升高10度,電子器件壽命將減少一半。20℃的溫差,意味著不同散熱方式的兩款產(chǎn)品壽命相差4倍。因此,為了提高逆變器的散熱能力,保障核心電子器件的使用壽命,單機(jī)功率等級(jí)在25kW以上的組串式逆變器采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式更適宜。

3 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行:自然冷卻散熱性能差,高溫時(shí)降額運(yùn)行,損失發(fā)電量

筆者查閱了A廠家和B廠家兩款40kW功率等級(jí)的組串式逆變器技術(shù)規(guī)格書發(fā)現(xiàn),A廠家采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式的逆變器在環(huán)境溫度超過50℃時(shí)出現(xiàn)降額運(yùn)行,而B廠家采用自然冷卻散熱方式的逆變器在環(huán)境溫度超過25℃時(shí)即需降額運(yùn)行,如圖1所示。組串式逆變器直接安裝在戶外,工作環(huán)境溫度相對(duì)較高,尤其是屋頂光伏電站,采用強(qiáng)制風(fēng)冷的逆變器散熱性能高,在環(huán)境溫度高時(shí)仍可滿額運(yùn)行,保障逆變器發(fā)電量,反之,采用自然冷卻的逆變器散熱性能差,逆變器會(huì)提前降額運(yùn)行,對(duì)逆變器發(fā)電量造成損失。

筆者走訪國內(nèi)某光伏電站時(shí)發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)的組串式逆變器由于采用自然冷卻散熱方式,散熱能力差,電站本地監(jiān)控顯示在2015年7月17日11:37至13:36時(shí)間段內(nèi)逆變器出現(xiàn)降額運(yùn)行,如圖2所示。查閱監(jiān)控歷史記錄可發(fā)現(xiàn)僅在2015年7月1日到7月25日期間就有14天出現(xiàn)了降額現(xiàn)象,降額運(yùn)行造成的發(fā)電量損失超過年發(fā)電量的1%。若按照1MW年發(fā)電150萬度、0.9元/度計(jì)算,1MW電站每年約損失1.35萬元。以此推算出100MW光伏電站,25年發(fā)電量損失約達(dá)到3375萬元。

4 實(shí)際應(yīng)用:主流逆變器廠家使用高防護(hù)戶外風(fēng)扇進(jìn)行散熱

通過上述逆變器對(duì)比測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況發(fā)現(xiàn),組串式逆變器采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方案散熱性能更佳,逆變器的實(shí)際發(fā)電量和使用壽命更有保障。那么國內(nèi)外主流廠家的組串式逆變器在設(shè)計(jì)上是否也有如此考慮呢?筆者通過對(duì)國內(nèi)外主流的組串逆變器廠家25kW以上產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì)方式調(diào)研發(fā)現(xiàn),主流組串式逆變器廠家25kW功率等級(jí)以上的產(chǎn)品大都采用風(fēng)扇散熱方式,如SMA、Sungrow、Delta等,并選用IP65高防護(hù)能力的戶外風(fēng)扇,以保證逆變器滿足IP65防護(hù)等級(jí)前提下,提高逆變器的散熱能力。

5 結(jié)論

通過組串式逆變器散熱能力對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),40kW功率等級(jí)的組串式逆變器,強(qiáng)制風(fēng)冷的散熱效果大大優(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(zhǎng)壽命可靠高效工作。而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高,雖然短期內(nèi)能運(yùn)行,但是壽命和發(fā)電量將大大降低。同時(shí)通過對(duì)光伏電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn),采用自然冷卻方式的組串式逆變器由于散熱效果差,高溫環(huán)境下出現(xiàn)降額運(yùn)行,導(dǎo)致電站發(fā)電量損失超過年發(fā)電量的1%,嚴(yán)重影響了投資方的收益。再次驗(yàn)證了“當(dāng)組串式逆變器單機(jī)功率大于25kW時(shí),散熱熱流密度較大,采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式更為適宜”設(shè)計(jì)觀點(diǎn)的正確性。

鏈接已復(fù)制,快去分享吧

企業(yè)網(wǎng)版權(quán)所有?2010-2024 京ICP備09108050號(hào)-6京公網(wǎng)安備 11010502049343號(hào)