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【yè】标准NB32004-2013中【zhōng】，逆变器【qì】有100多个【gè】严格的技术参数，每一个参数合【hé】格才【cái】能拿到证书。国家质检【jiǎn】总局每一年也会【huì】抽查，对【duì】光【guāng】伏并网逆变【biàn】器产品的保【bǎo】护连【lián】接、接触电流、固体绝【jué】缘的工频耐【nài】受电压【yā】、额定输入输出、转换效率、谐波【bō】和波形畸变、功率因数、直流分量、交流输出【chū】侧过/欠压【yā】保护等9个项目进行了检验【yàn】。一【yī】款全新的逆变器，从开发到量产，要两年【nián】多时间【jiān】才能【néng】出来，除了过欠电【diàn】压保护等功能外【wài】，逆变【biàn】器还有很多鲜为人知的黑科技，如【rú】漏电【diàn】流【liú】控制、热设计、电磁兼容、谐波抑制、效【xiào】率【lǜ】控【kòng】制等等【děng】，需要投【tóu】入大量的人力和物【wù】力【lì】去研发和测试。本文主【zhǔ】要【yào】介绍逆变【biàn】器的【de】散【sàn】热设计【jì】技术1、逆变器为什么【me】要【yào】散热逆变器【qì】作为一款电力电子设备，和所有电【diàn】子产【chǎn】品【pǐn】一【yī】样都面临温度带来的挑战，来自美国空军航空【kōng】电子整【zhěng】体研究项【xiàng】目的一【yī】份调查报告显示（图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【nì】变【biàn】器内部的电子元器件【jiàn】对温度同【tóng】样是非常敏感【gǎn】的，根据可【kě】靠性理论10度法则，从室温起【qǐ】，温度每【měi】升高【gāo】10度，寿命减半，所以逆变器散热【rè】设计非【fēi】常重要。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】变器散热系【xì】统主要包括散热【rè】器、冷却风【fēng】扇、导热硅脂等【děng】材料【liào】。目前逆变器散热方式主要【yào】有两种【zhǒng】：一是自【zì】然【rán】冷却，二是强制风【fēng】冷。

（1）自然冷却

自然冷却是【shì】指【zhǐ】不使用任【rèn】何外部辅助能量的情况下，实现局部发【fā】热器件向周【zhōu】围环境【jìng】散热达【dá】到温度控【kòng】制的目的，这【zhè】其中通常都包含了【le】导热、对流和辐【fú】射【shè】三种主要传【chuán】热方式【shì】，其中对流以自然对流方式为主，自然【rán】散热或【huò】冷【lěng】却往往适【shì】用对温度【dù】控【kòng】制要求不高【gāo】、器件发热的热流【liú】密度不大的低【dī】功耗【hào】器件和部件【jiàn】，以【yǐ】及密封或密集组装的器件不宜（或不需要）采用其【qí】它冷却【què】技术的情况下。目前市场上主流【liú】的单相逆变器和20kW以下的【de】三相逆变器，大部分厂家均【jun1】采【cǎi】用自然冷却【què】方【fāng】式。

强制风冷【lěng】主【zhǔ】要是借助于风扇等强迫【pò】器件周【zhōu】边空气【qì】流动，从【cóng】而将器件散发出的【de】热量带走的一种方法。这种方法【fǎ】是一种操作简便【biàn】、收效明显【xiǎn】的散热【rè】方法。如【rú】果部件内元器件【jiàn】之间的空间适合空气流动或适于安【ān】装局部散【sàn】热器，就可尽量使用【yòng】这种冷却【què】方法。提高这【zhè】种强迫对流传热能【néng】力【lì】的方法，增大散热面积和在散【sàn】热表面产【chǎn】生比较大【dà】的强迫对流传【chuán】热系数。增【zēng】大散热器表面的散热面积【jī】来增强电子元器件的【de】散热，在【zài】实际工程中得到【dào】了非【fēi】常广【guǎng】泛的应用。工【gōng】程中主【zhǔ】要是采用【yòng】肋【lèi】片来扩展散热器表面的散热面积以达到【dào】强【qiáng】化传热的目的【de】。散热【rè】器本身【shēn】材料的选【xuǎn】择【zé】跟其散热性【xìng】能有着直接的关系。目前，散热器的材料主要【yào】是用【yòng】铜或铝【lǚ】，其扩展换【huàn】热【rè】面经折叠鳍/冲压薄鳍等工【gōng】艺制成。

（3）两种散热方式对比

自然散热没有风扇，噪声【shēng】低【dī】，但散热速【sù】度慢【màn】，一般用于小功【gōng】率的逆变器【qì】，强制风冷要配置风扇，噪声【shēng】大，但散热速度【dù】快，一般用于大功率的逆【nì】变器，在中功率的组串式【shì】逆【nì】变器，两种方式【shì】都【dōu】有。通过组【zǔ】串【chuàn】式逆变器散热能力对比实【shí】验发现，50kW功率等级以上的组串【chuàn】式逆【nì】变器，强【qiáng】制风冷的散热效果要【yào】优于自然冷却散热方式，逆变器内部电容、IGBT等关【guān】键部【bù】件温升降低【dī】了20℃左右，可确保逆变【biàn】器长寿【shòu】命高效【xiào】工【gōng】作；而【ér】采【cǎi】用自然冷却方式【shì】的逆变器温升高，元【yuán】器件寿命降低。

强制风【fēng】冷也【yě】有采【cǎi】用高速风扇和中速风扇【shàn】两种。采用【yòng】高速风【fēng】扇可以减少散【sàn】热器的体积和重量，但会增加噪声，风扇【shàn】寿命也比【bǐ】较短；采用中等调速风扇，散热器稍微【wēi】大一些，但【dàn】是【shì】在低功率时【shí】，风扇不【bú】转，在中功【gōng】率【lǜ】时风扇低【dī】速运行。实【shí】际是逆变【biàn】器满功率运行时【shí】间不【bú】是很【hěn】多，因此风扇的寿命可以很长。

3、系统安装时要注意散热方面的事情

逆变【biàn】器本身是一个发热源，所有【yǒu】的热量都要及时散发出来，不【bú】能放【fàng】在一个封【fēng】闭的空间【jiān】，否则温度会越升越高。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【zhuāng】在一起时，为了避免【miǎn】相互【hù】影响，逆变器和【hé】逆变【biàn】器之间要留有足够【gòu】的距【jù】离。