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【干貨】溫度對光伏逆變器的壽命影響分析

www.techfy.tw 2016/7/25 13:38:55 來源:互聯網 電力電子論壇|免費發布產品

   溫度對光伏組件的影響非常大,這也是被大家廣泛認知的。

  光伏組件一般有3個溫度系數:開路電壓、峰值功率、短路電流。當溫度升高時,光伏組件的輸出功率必然會下降!因此,溫度折減是對系統效率影響非常大的一項因素。局部溫度過高,會產生熱斑,影響光伏組件的壽命。

  然而,溫度對逆變器的壽命有多大影響?了解這個的人是就不是很多了。

  為了驗證溫度對逆變器的壽命影響,設計了如下實驗。

  1、實驗方法與條件

  實驗條件:480V 直流電壓、400V 交流電壓、50℃環境溫度;

  實驗樣本:分別為30kW風冷逆變器(樣本1)、20kW自然冷卻逆變器(樣本2)。

  實驗目的:通過測試溫度對逆變器關鍵元器件壽命的影響,來說明溫度對逆變器整體壽命的影響。

  2、實驗方法與條件

  兩個樣本在實驗條件下滿載穩定運行,測試收集設備內部各關鍵元器件溫度值如下表。

  

 

  表1:實驗條件下各關鍵元器件的溫度

  1溫度對膜電容壽命的影響

  根據對樣本產品的內部溫度實測數據,假定紋波電流相同,則工作電壓(Vw)與額定電壓(Vn)的比值(Vw/ Vn)與膜壽命的關系如圖1所示。

  

 

  圖1:膜電容壽命與溫度關系曲線

  從上圖我們可以看出,在不同溫度、不同Vw/ Vn值下,膜電容的壽命。

  

 

  表2:實驗條件下各關鍵元器件的溫度

  說明:由于不滿負荷運轉時膜電容達不到上述溫度,根據我國資源條件,按照年滿負荷2200h的保守值進行考慮,實際壽命應該大于上表中的數值。

  可見,若膜電容的工作溫度由70℃上升到85℃時,壽命大概下降到原來的1/3~1/5,壽命隨Vw/ Vn值得升高而降低。當Vw/ Vn<1.1時,樣本1的壽命基本可達到25年,過載會降低其壽命;而樣本2由于溫度太高,壽命均未達到25年。

  2溫度對模塊壽命的影響

  模塊作為逆變器最為核心器件,其工作時內部結溫直接影響使用壽命,圖2 是英飛凌提供的晶元結溫與壽命對應關系曲線。

  

 

  圖2:模塊壽命與結溫的關聯曲線

  根據表1中樣本1和樣本2模塊的內部溫度,推算出模塊結溫和兩者模塊壽命對比如表3(推算過程專業性強,這里不在贅述)。

  

 

  表3:模塊溫度和壽命的影響

  由上表可見,在實驗條件下,關鍵器件模塊,溫度較低的樣本1壽命是溫度較高的樣本2的1.7倍,但均未達到25年的預期壽命。

  3溫度對風扇壽命的影響

  風扇是成熟的工業器件,應用于樣本1的風冷逆變器的是NMB 風扇,防護等級為IP65,可在任何灰塵環境下,甚至完全浸入水中正常工作。圖3 為NMB 風扇壽命曲線。

  

 

  根據圖3,以逆變器運行的最高環境溫度50 ℃計算,正常運行時間為60319 小時。通過智能強制風冷控制,只有逆變器的模塊溫度達到70℃以上,風扇才會滿轉,在正常一天內,滿足滿轉條件的時間大概在6h左右,折合27.5 年。另外,考慮雨天、以及環境溫度低于50℃等因素,風扇的運行壽命將更長。

  3、小結

  在實驗條件下(480V 直流電壓、400V 交流電壓、50℃環境溫度),由于樣本1和樣本2冷卻方式不同,造成關鍵器件壽命有較大的差異。

  對于膜電容,當Vw/ Vn<1.1時,樣本1的壽命基本可達到25年,過載會降低其壽命;而樣本2由于溫度太高,壽命均未達到25年。

  對于模塊,樣本1壽命是樣本2的1.7倍,但均未達到25年的預期壽命。

  對于風扇,為成熟的工業器件,壽命可以達到25年以上。

  綜上所述,在集裝箱式逆變器、自然冷卻式逆變器等新技術廣泛應用時,應該充分考慮這些新技術對于散熱的影響,對于逆變器壽命的影響。

 

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