摘要：組串式逆變器散熱方式主要有強制風(fēng)冷和自然冷卻兩種，針對兩種散熱方式的實際效果
1 引言
組串式逆變器散熱方式主要有強制風(fēng)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(fā)現(xiàn) 在同樣的環(huán)境溫度下，強制風(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，強制風(fēng)冷的逆變器散熱性能更優(yōu)，實際使用壽命更有保 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。通過對國內(nèi)某電站現(xiàn)場實地考察發(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) 降額運行，造成電站發(fā)電量損失。
2 實驗驗證：單機25kW以上的逆變器采用強制風(fēng)冷更適宜
隨著分布式光伏的發(fā)展，25kW~60kW功率等級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)境溫度相對較高；同時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)計人員在組串式逆變器選型時，對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(fēng)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(fēng)冷和自然冷卻的實際散熱效果差異，筆者挑選了國內(nèi)主流的兩廠家40kW組串式逆變器進行 相關(guān)實驗：A廠家采用強制風(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)域布置溫度測點，測得各點溫度值如表1。測試時發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象筆者仔細分析后得出兩點原因，一是在環(huán)境溫度45℃時逆變器出現(xiàn)了降額運行，二是逆變器自身容量配置設(shè)計不合理，輸出功率達不到標(biāo)稱的額 定功率。如果自然冷卻的逆變器工作在滿載，實際的溫升將更高。
眾所周知，電子器件實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，單機功率等級在25kW以上的組串式逆變器采用強制風(fēng)冷散熱方式更適宜。
3 現(xiàn)場運行：自然冷卻散熱性能差，高溫時降額運行，損失發(fā)電量
筆者查閱了A廠家和B廠家兩款40kW功率等級的組串式逆變器技術(shù)規(guī)格書發(fā)現(xiàn)，A廠家采用強制風(fēng)冷散熱方式的逆變器在環(huán)境溫度超過50℃時出現(xiàn)降額運行，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(huán)境溫度相對較高，尤其是屋頂光伏電站，采用強制風(fēng)冷的逆變器散熱性能高，在環(huán)境溫度高時仍可滿額運行，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，逆變器會提前降額運行，對逆變器發(fā)電量造成損失。
筆者走訪國內(nèi)某光伏電站時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)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(jiān)控顯示在2015年7月17日11：37至13：36時間段內(nèi)逆變器出現(xiàn)降額運行，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)電量損失約達到3375萬元。
圖2 某光伏電站本地監(jiān)控系統(tǒng)記錄
4 實際應(yīng)用：主流逆變器廠家使用高防護戶外風(fēng)扇進行散熱
通過上述逆變器對比測試和現(xiàn)場運行狀況發(fā)現(xiàn)，組串式逆變器采用強制風(fēng)冷散熱方案散熱性能更佳，逆變器的實際發(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)計上是否也有如此考慮呢？筆者通過對國內(nèi)外主流的組串逆變器廠家25kW以上產(chǎn)品的散熱設(shè)計方式調(diào)研發(fā)現(xiàn)，主流組串式逆變器廠家25kW功率等級以上的產(chǎn)品大都采用風(fēng)扇散熱方式，如SMA、Sungrow、Delta等，并選用IP65高防護能力的戶外風(fēng)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(fēng)扇在主流組串式逆變器的應(yīng)用
5 結(jié)論
通過組串式逆變器散熱能力對比實驗發(fā)現(xiàn)，40kW功率等級的組串式逆變器，強制風(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)能運行，但是壽命和發(fā)電量將大大降低。同時通過對光伏電站現(xiàn)場運行調(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。再次驗證了“當(dāng)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(fēng)冷散熱方式更為適宜”設(shè)計觀點的正確性。（世紀(jì)新能源網(wǎng) 張思思）
