為何無風扇設計將成為組串式逆變器發(fā)展趨勢？

隨著全球煤炭、石油資源的衰竭和世界各國對環(huán)境污染的重視，太陽能等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電技術及應用成為熱點。其中光伏逆變器作為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心設備，其可靠性決定著光伏系統(tǒng)的安全運行，而影響光伏逆變器可靠性的重要因素之一就是逆變器的散熱性能。逆變器的核心器件功率開關對溫度比較敏感，溫度的變化會影響其開通和關斷過程，當溫度過高時會導致功率開關性能衰減甚至損壞，因此逆變器的散熱方案優(yōu)劣決定著產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。

近年來，組串式地面電站在全球得到廣泛應用。相比集中式電站，組串式電站有明顯優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在以下幾點：發(fā)電量高，占地面積小，無需機房，運行可靠，維護方便簡單。特別是針對分布式屋頂、山地丘陵項目，組串式方案有著無可比擬的優(yōu)勢。

光伏電站一般選在沙漠、高原等陽光充足的地方，這些區(qū)域冬季溫度極低，夏季溫度非常高，風沙大，海拔高，光照強，有些站點甚至位于海邊，腐蝕性強。在這些應用場景中，組串式逆變器通過掛墻、掛光伏板支架或者掛獨立安裝架等方式直接暴露在室外，外部部件被雨水、沙塵腐蝕和老化風險嚴重。如何做到既能適應惡劣環(huán)境，又能滿足逆變器的散熱，成為了大家最關心的問題。

一、組串式逆變器業(yè)界常用散熱方式及問題

逆變器散熱主要有自然散熱和風冷散熱兩種方式，影響散熱能力的關鍵因素是對流換熱系數(shù)。一般情況下，風冷散熱的換熱系數(shù)比自然對流高一個數(shù)量級，因此在組串式逆變器外部增加風扇可以大大提升散熱能力，行業(yè)廠商普遍采用這種方式散熱。但組串式逆變器應用環(huán)境較差，其對外部風扇的防護性能要求較高。當前室外型風扇防護等級一般只能達到IP54/IP55，外部有風扇設計導致整體系統(tǒng)防護等級無法達到IP65。同時為了避免雨水直接沖刷風扇，設計散熱方案時，風道會變得很復雜，風道形式受限，一旦風扇失效，散熱能力衰減嚴重，這樣會使得逆變器輸出功率降額，發(fā)電量減少，嚴重影響客戶利益。更為關鍵的是，因風扇常年暴露在雨水和沙塵中，腐蝕嚴重，壽命急劇下降，逆變器生命周期內(nèi)需要多次更換風扇，維護成本極高。

下圖為某戶外環(huán)境電站，逆變器運行一年后，風扇積灰和腐蝕的剖析圖片，從圖片可以看出，腐蝕情況非常嚴重。

二、組串式逆變器散熱問題的應對解決方案

無外部風扇設計方案雖然散熱能力不如強迫風冷方案，但由于逆變器外部無需安裝風扇，防護等級可以達到IP65，而且噪聲低，可靠性高，消除因風扇失效散熱能力衰減導致的功率降額，易維護，成本低。

隨著輸出功率提升和體積減小，散熱能力將是組串式逆變器設計的最大瓶頸。針對這個問題，可以通過采用銅鋁復合、熱管、均溫板等強化方式減小熱阻，提升散熱器散熱能力。另一種重要方式是腔體內(nèi)部增加擾流風扇來改善內(nèi)部熱點和提升腔體散熱能力，擾流風扇由于在腔體內(nèi)部，不存在防護問題，即使失效，對整體散熱能力和功率影響不大。散熱設計方案效果如圖2，3所示。