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不同散熱方式組串式逆變器散熱能力調查

放大字體  縮小字體 發布日期:2015-09-22  來源:歐樂光伏網  瀏覽次數:133
核心提示:1.引言組串式逆變器散熱方式主要有強制風冷和自然冷卻兩種,針對兩種散熱方式的實際效果,筆者抽取了不同廠家不同散熱方式的兩款
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1.引言

組串式逆變器散熱方式主要有強制風冷和自然冷卻兩種,針對兩種散熱方式的實際效果,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行實驗對比,發現在同樣的環境溫度下,強制風冷的逆變器內部環境溫度及核心器件溫升比自然冷卻的逆變器低約20℃左右,強制風冷的逆變器散熱性能更優,實際使用壽命更有保障,逆變器可在較高的環境溫度下滿功率輸出,保證發電量。通過對國內某電站現場實地考察發現,自然冷卻的組串式逆變器由于散熱性能差,夏天高溫環境下出現降額運行,造成電站發電量損失。

2.實驗驗證:單機25kW以上的逆變器采用強制風冷更適宜

隨著分布式光伏的發展,25kW~60kW功率等級的組串式逆變器廣泛應用于工商業屋頂、小型山丘等光伏電站,由于安裝在戶外,工作環境溫度相對較高;同時逆變器廠家為了方便系統安裝,逆變器尺寸越做越小,開關器件產生的熱量較為集中,對組串式逆變器的散熱能力提出了很高挑戰。散熱能力的優劣最終表現出來的是機器內部環境溫度及器件溫度的高低,并將直接影響著逆變器實際發電量和使用壽命。為了保證電站25年內高效可靠的發電,眾多的電站投資及設計人員在組串式逆變器選型時,對逆變器散熱能力的關注越來越多。

《散熱方案選擇主要取決于逆變器功率》一文從理論分析認為:當組串式逆變器單機功率大于25kW時,散熱熱流密度較大,從散熱效果的角度采用強制風冷散熱方式更為適宜。為了驗證單機功率25kW以上的組串式逆變器強制風冷和自然冷卻的實際散熱效果差異,筆者挑選了國內主流的兩廠家40kW組串式逆變器進行相關實驗:A廠家采用強制風冷散熱方式,B廠家采用自然冷卻散熱方式。兩廠家的逆變器均在環境溫度45℃和相同交直流電壓條件下穩定運行,通過在內部環境、膜電容、電解電容、逆變模塊等關鍵區域布置溫度測點,測得各點溫度值如表1。測試時發現B廠家40kW逆變器實際最大輸出功率只有32kW(80%負載),針對此現象筆者仔細分析后得出兩點原因,一是在環境溫度45℃時逆變器出現了降額運行,二是逆變器自身容量配置設計不合理,輸出功率達不到標稱的額定功率。如果自然冷卻的逆變器工作在滿載,實際的溫升將更高。

表1不同廠家不同散熱方式組串式逆變器對比實驗

眾所周知,電子器件實際使用壽命與其所處的環境溫度密切相關,溫度越高,器件實際使用壽命越短,根據電子器件壽命與環境溫度的“10度法則”,即環境溫度每升高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,單機功率等級在25kW以上的組串式逆變器采用強制風冷散熱方式更適宜。
 

3.現場運行:自然冷卻散熱性能差,高溫時降額運行,損失發電量

筆者查閱了A廠家和B廠家兩款40kW功率等級的組串式逆變器技術規格書發現,A廠家采用強制風冷散熱方式的逆變器在環境溫度超過50℃時出現降額運行,而B廠家采用自然冷卻散熱方式的逆變器在環境溫度超過25℃時即需降額運行,如圖1所示。組串式逆變器直接安裝在戶外,工作環境溫度相對較高,尤其是屋頂光伏電站,采用強制風冷的逆變器散熱性能高,在環境溫度高時仍可滿額運行,保障逆變器發電量,反之,采用自然冷卻的逆變器散熱性能差,逆變器會提前降額運行,對逆變器發電量造成損失。

圖1不同廠家組串式逆變器降額曲線

筆者走訪國內某光伏電站時發現,現場的組串式逆變器由于采用自然冷卻散熱方式,散熱能力差,電站本地監控顯示在2015年7月17日11:37至13:36時間段內逆變器出現降額運行,如圖2所示。查閱監控歷史記錄可發現僅在2015年7月1日到7月25日期間就有14天出現了降額現象,降額運行造成的發電量損失超過年發電量的1%。若按照1MW年發電150萬度、0.9元/度計算,1MW電站每年約損失1.35萬元。以此推算出100MW光伏電站,25年發電量損失約達到3375萬元。

圖2某光伏電站本地監控系統記錄

4.實際應用:主流逆變器廠家使用高防護戶外風扇進行散熱

通過上述逆變器對比測試和現場運行狀況發現,組串式逆變器采用強制風冷散熱方案散熱性能更佳,逆變器的實際發電量和使用壽命更有保障。那么國內外主流廠家的組串式逆變器在設計上是否也有如此考慮呢?筆者通過對國內外主流的組串逆變器廠家25kW以上產品的散熱設計方式調研發現,主流組串式逆變器廠家25kW功率等級以上的產品大都采用風扇散熱方式,如SMA、Sungrow、Delta等,并選用IP65高防護能力的戶外風扇,以保證逆變器滿足IP65防護等級前提下,提高逆變器的散熱能力。

圖3高防護戶外風扇在主流組串式逆變器的應用

5.結論

通過組串式逆變器散熱能力對比實驗發現,40kW功率等級的組串式逆變器,強制風冷的散熱效果大大優于自然冷卻散熱方式,逆變器內部電容、IGBT等關鍵部件溫升降低了20℃左右,可確保逆變器長壽命可靠高效工作。而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高,雖然短期內能運行,但是壽命和發電量將大大降低。同時通過對光伏電站現場運行調研發現,采用自然冷卻方式的組串式逆變器由于散熱效果差,高溫環境下出現降額運行,導致電站發電量損失超過年發電量的1%,嚴重影響了投資方的收益。再次驗證了“當組串式逆變器單機功率大于25kW時,散熱熱流密度較大,采用強制風冷散熱方式更為適宜”設計觀點的正確性。

參考文獻:

《散熱方案選擇主要取決于逆變器功率》–北極星太陽能光伏網

原標題:不同散熱方式組串式逆變器散熱能力調查

 
關鍵詞: 組串式逆變器

 
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