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运行温度对光伏逆变器寿命影响大!

发表于:2016-08-26 00:17:49 来源:王淑娟
温度对光伏组件的影响非常大,这也是被大家广泛认知的。

光伏组件一般有3个温度系数:开路电压、峰值功率、短路电流。当温度升高时,光伏组件的输出功率必然会下降!因此,温度折减是对系统效率影响非常大的一项因素。局部温度过高,会产生热斑,影响光伏组件的寿命。
然而,温度对逆变器的寿命有多大影响?了解这个的人是就不是很多了。
为了验证温度对逆变器的寿命影响,设计了如下实验。

1、实验方法与条件

实验条件:480V 直流电压、400V 交流电压、50℃环境温度;
实验样本:分别为30kW风冷逆变器(样本1)、20kW自然冷却逆变器(样本2)。
实验目的:通过测试温度对逆变器关键元器件寿命的影响,来说明温度对逆变器整体寿命的影响。

2、实验方法与条件

两个样本在实验条件下满载稳定运行,测试收集设备内部各关键元器件温度值如下表。
表1:实验条件下各关键元器件的温度


1温度对膜电容寿命的影响
根据对样本产品的内部温度实测数据,假定纹波电流相同,则工作电压(Vw)与额定电压(Vn)的比值(Vw/ Vn)与膜寿命的关系如图1所示。

图1:膜电容寿命与温度关系曲线
从上图我们可以看出,在不同温度、不同Vw/ Vn值下,膜电容的寿命。
表2:实验条件下各关键元器件的温度

说明:由于不满负荷运转时膜电容达不到上述温度,根据我国资源条件,按照年满负荷2200h的保守值进行考虑,实际寿命应该大于上表中的数值。
可见,若膜电容的工作温度由70℃上升到85℃时,寿命大概下降到原来的1/3~1/5,寿命随Vw/ Vn值得升高而降低。当Vw/ Vn<1.1时,样本1的寿命基本可达到25年,过载会降低其寿命;而样本2由于温度太高,寿命均未达到25年。
2温度对模块寿命的影响
模块作为逆变器最为核心器件,其工作时内部结温直接影响使用寿命,图2 是英飞凌提供的晶元结温与寿命对应关系曲线。

图2:模块寿命与结温的关联曲线
根据表1中样本1和样本2模块的内部温度,推算出模块结温和两者模块寿命对比如表3(推算过程专业性强,这里不在赘述)。
表3:模块温度和寿命的影响

由上表可见,在实验条件下,关键器件模块,温度较低的样本1寿命是温度较高的样本2的1.7倍,但均未达到25年的预期寿命。
3温度对风扇寿命的影响
风扇是成熟的工业器件,应用于样本1的风冷逆变器的是NMB 风扇,防护等级为IP65,可在任何灰尘环境下,甚至完全浸入水中正常工作。图3 为NMB 风扇寿命曲线。

根据图3,以逆变器运行的最高环境温度50 ℃计算,正常运行时间为60319 小时。通过智能强制风冷控制,只有逆变器的模块温度达到70℃以上,风扇才会满转,在正常一天内,满足满转条件的时间大概在6h左右,折合27.5 年。另外,考虑雨天、以及环境温度低于50℃等因素,风扇的运行寿命将更长。

3、小结

在实验条件下(480V 直流电压、400V 交流电压、50℃环境温度),由于样本1和样本2冷却方式不同,造成关键器件寿命有较大的差异。
对于膜电容,当Vw/ Vn<1.1时,样本1的寿命基本可达到25年,过载会降低其寿命;而样本2由于温度太高,寿命均未达到25年。
对于模块,样本1寿命是样本2的1.7倍,但均未达到25年的预期寿命。
对于风扇,为成熟的工业器件,寿命可以达到25年以上。
综上所述,在集装箱式逆变器、自然冷却式逆变器等新技术广泛应用时,应该充分考虑这些新技术对于散热的影响,对于逆变器寿命的影响。
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