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【zài】光伏行【háng】业标准NB32004-2013中，逆变器有【yǒu】100多【duō】个严格的技【jì】术参数，每一【yī】个参数合【hé】格才能拿到证书。国家质检总局每一年也会抽查【chá】，对【duì】光伏并网逆变【biàn】器【qì】产品的保护连接、接【jiē】触电流、固【gù】体绝缘的工频耐受电【diàn】压、额定输入输出、转换效率、谐波和波形畸变、功【gōng】率【lǜ】因数、直流分量、交【jiāo】流输出【chū】侧过/欠压保护等9个【gè】项目进行了【le】检验。一款全新的【de】逆变器，从【cóng】开发到量产，要两年多时间才能出来【lái】，除了过【guò】欠【qiàn】电压保护等功能【néng】外，逆变器【qì】还有很多【duō】鲜【xiān】为人知【zhī】的黑科技，如漏电流控制、热设计、电【diàn】磁兼容、谐波【bō】抑制【zhì】、效率【lǜ】控制等等，需【xū】要投【tóu】入大量的人力【lì】和【hé】物【wù】力去研【yán】发和测试。本文主要介绍【shào】逆变【biàn】器的【de】散热设【shè】计技术1、逆变器为【wéi】什【shí】么【me】要散热逆【nì】变器作为一款【kuǎn】电力电子设备【bèi】，和所有电子产品一【yī】样都面临温度带来的【de】挑战，来自美国空军航【háng】空电子整体研究项【xiàng】目的【de】一份调查报告显示（图2）：所有电子产品失效案例中，其中有高达55%的比例是温度原因造成的。逆变器内部【bù】的电子【zǐ】元器件对温度同样是【shì】非常敏感的，根据可靠【kào】性理论10度法【fǎ】则，从室【shì】温起，温度每升高10度，寿命【mìng】减半【bàn】，所【suǒ】以逆变器散【sàn】热设计非常重【chóng】要【yào】。图2：电子产品失效的主要原因

2、逆变器散热的几种方式

逆变器【qì】散热系统主要包括散【sàn】热【rè】器、冷却风扇【shàn】、导【dǎo】热硅脂等材【cái】料。目前逆变器【qì】散热方【fāng】式【shì】主【zhǔ】要有两种：一是自然冷却，二是强制风冷。

（1）自然冷却

自然冷却是指不使【shǐ】用【yòng】任何外部辅助能量的情况【kuàng】下，实现局【jú】部发热器【qì】件向周围环境散热达【dá】到温度控制的目的，这其中通常都【dōu】包【bāo】含了导热、对【duì】流和辐射三种主要传热方式，其中对【duì】流【liú】以自然对流方式为【wéi】主，自然散热或冷却【què】往【wǎng】往适用对【duì】温度控制要求不【bú】高、器件发热的热流密【mì】度不【bú】大的【de】低【dī】功【gōng】耗器件和部件【jiàn】，以及【jí】密封或【huò】密集组装的器件不宜（或不需要）采用其它冷却技【jì】术的情况下。目前市【shì】场【chǎng】上主流的单相【xiàng】逆变器和【hé】20kW以【yǐ】下【xià】的三相【xiàng】逆变器，大部分厂家均采用自然冷【lěng】却方【fāng】式【shì】。

强制【zhì】风冷主要【yào】是借助于风【fēng】扇等强迫器件周【zhōu】边空气流动【dòng】，从而将器件散发出的热量带走的一种方法。这种方法是一种操作【zuò】简便、收效明显的散【sàn】热方法。如【rú】果【guǒ】部件【jiàn】内元器件之间的【de】空间适合空【kōng】气流动【dòng】或适于安装局部散【sàn】热器，就可尽量【liàng】使【shǐ】用这种【zhǒng】冷却方法【fǎ】。提高这【zhè】种强【qiáng】迫【pò】对流传热【rè】能力的方法，增大散热面积和在散热表面产生【shēng】比较大的强迫对流传热系数。增大散【sàn】热器表面【miàn】的散【sàn】热面积来增强电子元器件【jiàn】的【de】散热，在【zài】实际工程中得到了非常广泛的应【yīng】用。工【gōng】程中主【zhǔ】要是采用肋片来扩展散热【rè】器表面的散热面积以达到【dào】强化【huà】传【chuán】热的目的。散热器本身材料【liào】的【de】选择跟其散热【rè】性【xìng】能有着直接的关系。目【mù】前，散热器【qì】的材料主要【yào】是用铜【tóng】或【huò】铝，其扩展换热【rè】面经折叠鳍【qí】/冲【chōng】压薄鳍等【děng】工艺【yì】制成【chéng】。

（3）两种散热方式对比

自然散热没有风扇，噪声低，但散热速度慢，一般用于小功【gōng】率【lǜ】的逆【nì】变器，强制风【fēng】冷要配置风扇，噪声大【dà】，但散热速度快，一般【bān】用于大功率的【de】逆变器【qì】，在中功率的【de】组串式【shì】逆变器，两种方式都有。通过组串式逆变器散热能力对【duì】比实验【yàn】发现，50kW功【gōng】率【lǜ】等【děng】级以上的组串式逆变【biàn】器，强制风冷的散【sàn】热效果【guǒ】要优于【yú】自然冷却散热【rè】方式，逆变【biàn】器内部电容、IGBT等关【guān】键【jiàn】部件温【wēn】升降低了20℃左右，可确【què】保逆变器长寿【shòu】命高【gāo】效工作；而采用自然冷却方式的逆变器温【wēn】升高【gāo】，元器件寿命降低。

强制风冷也有【yǒu】采【cǎi】用高速风扇和中【zhōng】速风扇两种。采用高【gāo】速风【fēng】扇可以减少散【sàn】热器【qì】的体【tǐ】积和重【chóng】量【liàng】，但会增加噪声，风扇寿命【mìng】也比较短；采用【yòng】中等调【diào】速风扇，散热器稍【shāo】微【wēi】大【dà】一些，但是在低功率时，风扇不转，在中功率时风扇低速运【yùn】行。实际是逆变器【qì】满功率【lǜ】运行时间不【bú】是【shì】很多，因此风扇的寿命可【kě】以【yǐ】很长。

3、系统安装时要注意散热方面的事情

逆变器本身【shēn】是一个发热【rè】源【yuán】，所【suǒ】有【yǒu】的热量都要及【jí】时散发出来【lái】，不能放在一个封闭【bì】的空间，否【fǒu】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【wéi】了避免相互影【yǐng】响，逆变器【qì】和逆变器之间【jiān】要留有足够的【de】距离【lí】。