1.盐雾影响机理 在盐雾和高湿环境下,主要的污染源为盐雾和湿尘。集中型逆变器一般放置于砖瓦房或集装箱内,由于其发热量大且集中,一般采用直通风风道强制风冷方式,从室外直接抽取空气进入逆变器房,然后经过逆变器散热风道(出风口),排到室外。在这种情况下,外部的盐雾颗粒和潮气将被吸入逆变器,并在电路板、接插件、IGBT模块、配电开关、铜排电缆等内部部件上积累。盐雾腐蚀破坏过程中起主要作用的是氯离子。氯离子容易穿透金属表面的氧化层和防护层,与内部金属发生电化学反应。同时,氯离子含有一定的水合能,易被吸附在金属表面的孔隙、裂缝排挤并取代氯化层中的氧,把不溶性的氧化物变成可溶性的氯化物,使钝化态表面变成活泼表面,降低器件的绝缘能力和连接面的导电能力,导致产品失效。 另外,白天逆变器工作时温度比较高,晚上停止工作,空气温度和逆变器温度差异导致在逆变器上有水珠凝结,第二天温度上升后,水蒸汽蒸发,但是盐雾颗粒凝结在铜牌上腐蚀。 潮湿空气的危害是非常大的。如果电站建设在鱼塘,沿海,滩涂附近,周围空气潮湿,湿气通过直通风进入逆变器房,非常容易引起控制设备内部发生凝露,引起爬电、闪络事故。 对于IP54防护等级直通风形式的集中式逆变器机房来说,机房和设备的防尘网只能过滤部分颗粒直径较大的灰尘,对于盐雾和潮气没有过滤保护作用。在逆变器内部,普通的保护涂层(如铜排镀层,机箱镀层)、防护漆(如PCB三防漆)对于盐雾和湿尘无法起到全面的保护作用。 2.部分盐雾和潮湿环境下运行失效案例 某滩涂项目,逆变器接插件腐蚀,导致三相短路,烧坏电缆和功率器件等
图2 设备柜内外面腐蚀 某海边应用电源,PCB被盐雾腐蚀放电失效,注意图中红框中的白色盐分颗粒 图3 PCB被腐蚀 某海边电站,逆变器运行1年后,风扇罩的腐蚀已经非常严重。 图4 逆变器风扇被腐蚀 国内某项目,电站建在潮湿环境,运行2年后,逆变器房内的配电柜腐蚀严重
图5 高湿环境 机房内配电柜被腐蚀
3. 应对解决方案 上述案例可以看出,如果要在盐雾高湿环境满足光伏电站20年以上发电寿命的要求,从方案设计到设备选型需要提前做好应对措施,否则后果不堪设想。光伏电站的主要部件:组件、支架、线缆、逆变器、交直流配电设备等需要全方面的考虑。而逆变器作为光伏电站的核心,价值高,可靠性对发电量影响大,合理的选型和防护更是方案考虑的重中之重。 从上面的失效机理分析及案例来看,常规的集装箱或者拼装机房(防护等级IP55)解决不了盐雾和高湿气问题。对于防护等级IP20的逆变器和其他配电设备,如果应用在盐雾和潮湿环境,防护的关键手段是实现电气与外部潮湿盐雾空气的隔离,从而消除故障隐患,保证长期的可靠性。针对集中式逆变器和组串式逆变器,有不同的解决方案。 集中式逆变器解决方案的防护措施是通过密闭机房保护,不与外界发生气体交换。下面是日本光伏电站的防护案例: 日本大部分地区靠近海边,在盐雾防护上有比较高的要求。下图示例为日本东京附近的一个鱼塘电站,逆变器机房采用全封闭式结构,与外部没有空气交换,逆变器为IP20防护等级,通过大功率空调的室内机-室外机方式进行散热,实现对盐雾和潮气的保护。 而该方案的缺点也非常明显:一是工业级空调带来的额外成本,二是空调自身维护工作量及故障点的增加,三是在夏天以及辐照强度高的中午,空调连续运行消耗大量电力,影响发电收益。所以此方案适合在电价补贴较高,初始投资较充裕的场景。
责任编辑:solar_robot