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光伏逆變器的可靠性
太陽能發(fā)電系統(tǒng)通常直接暴露在室外環(huán)境工作,，經(jīng)常遇到高溫、高寒,、高濕,、大風(fēng)沙，淋雨,，鹽霧等惡劣氣象條件,。華為可靠性實(shí)驗(yàn)室業(yè)界*開發(fā)出了溫度、濕度,、腐蝕性粉塵三綜合應(yīng)力試驗(yàn)設(shè)備,，使得逆變器產(chǎn)品在惡劣場(chǎng)景應(yīng)用具有的適應(yīng)能力。針對(duì)戶外應(yīng)用,，采用高溫,、淋雨,、帶電溫循、外場(chǎng)暴露等加速方法,，驗(yàn)證了逆變器的長(zhǎng)期可靠性，保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,。
1.溫變影響機(jī)理
溫度不同,，材料結(jié)構(gòu)的分子運(yùn)動(dòng)的速度不同，在不同材料之間就出現(xiàn)膨脹系數(shù),、熱傳遞性能的匹配差異,，容易導(dǎo)致部件的卡緊件松弛。IGBT模塊和散熱器之間的熱不匹配,、不同材料的收縮或膨脹率不同,，可誘發(fā)部件的變形或破裂、表面涂層開裂,、氣密性變差或泄漏,、絕緣保護(hù)失效等。通常溫度變化慢,，影響不明顯,。急劇的溫度變化可能會(huì)暫時(shí)或*的影響設(shè)備的正常工作。
同時(shí)溫度的快速變化,，容易在單板,，機(jī)殼等位置形成凝露，結(jié)水或結(jié)冰等現(xiàn)象,，這對(duì)逆變器的運(yùn)行帶來較大的風(fēng)險(xiǎn),。
2.溫變影響案例
影響逆變器溫度的主要是地域溫差、晝夜溫差,、季節(jié)溫差,、天氣變化如太陽、風(fēng),、雨等形成的溫差,。同時(shí)自然散熱在熱源和器件、外殼之間也形成溫差,，導(dǎo)致逆變器個(gè)部件之間形成溫差,。在北方地區(qū)冬季溫度較低，很多地方低于-20℃,，夏季溫度超過40℃,，晝夜溫差20℃、季節(jié)溫差60℃,，同時(shí)逆變器外殼的溫升在20~30℃,，內(nèi)部IGBT的溫升在40~50℃,。這樣容易在內(nèi)部腔體內(nèi)形成溫度差和各個(gè)部位的溫度差，并且溫度變化頻繁,，這些對(duì)產(chǎn)品材料的選擇提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),。
此外早晚開機(jī)功率輸出，突變的陣雨及惡劣的天氣變化,，溫變速率大,，容易在一些部件上形成凝露，這也將影響逆變器的安全運(yùn)行,。
3.應(yīng)對(duì)解決方案
產(chǎn)品設(shè)計(jì)上要考慮溫差的影響,，同時(shí)考慮凝露風(fēng)險(xiǎn)，如單板集中,、涂覆保護(hù),、內(nèi)部風(fēng)扇散熱等多項(xiàng)措施。在驗(yàn)證方面一般采用高溫淋雨試驗(yàn)和PTC帶電溫循試驗(yàn)來驗(yàn)證整機(jī)性能,，作為查找薄弱點(diǎn)的主要方法,。同時(shí)通過外場(chǎng)暴露來補(bǔ)充驗(yàn)證嚴(yán)酷環(huán)境的長(zhǎng)期適應(yīng)能力。
設(shè)計(jì)中考慮溫度均衡,、溫差分布連續(xù),，防止內(nèi)部形成明顯的溫差，從而平衡內(nèi)部單板溫度,。提高產(chǎn)品對(duì)溫變的適應(yīng)性,。通過熱仿真的方法分析散熱器、內(nèi)部功率管,、PCB單板器件等的熱數(shù)據(jù),，設(shè)計(jì)中使熱平衡均勻分配。
4.試驗(yàn)驗(yàn)證方法
4.1高溫淋雨試驗(yàn)
4.1.1高溫淋雨試驗(yàn)的場(chǎng)景分析
淋雨試驗(yàn)室在高溫,、高濕的條件下,，通過冷水直接沖淋試驗(yàn)樣品，讓樣品外部快速降溫,，此不僅是驗(yàn)證試驗(yàn)樣品的IP防護(hù)等級(jí),，同時(shí)也是驗(yàn)證內(nèi)部凝露的風(fēng)險(xiǎn)。一般通過內(nèi)部貼濕度試紙的形式來檢查內(nèi)部是否發(fā)生凝露,。同時(shí)也可進(jìn)行帶電試驗(yàn),，檢測(cè)逆變器在高溫淋雨時(shí)是否得到保護(hù)或失效。
夏天在高濕特別是在熱帶雨林地區(qū)使用的時(shí)候模塊內(nèi)部容易有凝露情況發(fā)生,，通過淋雨試驗(yàn)來檢驗(yàn)IP65等級(jí)的抗凝露能力,，優(yōu)化內(nèi)部單板設(shè)計(jì)。正常使用時(shí)，模塊內(nèi)濕度變化非常小,，而下雨天模塊內(nèi)的平均溫變速率已大于了4度/分鐘,，加上風(fēng)速影響，溫變率會(huì)進(jìn)一步加大,。
4.1.2高溫淋雨試驗(yàn)方法
在的淋雨箱保持10H,，自動(dòng)開啟噴水，同時(shí)溫箱開始降低,，功率開始關(guān)閉,，噴水0.5H后，開啟功率,，10分鐘后，關(guān)閉噴水,在噴水快速降溫的過程中,，關(guān)閉逆變器的功率,，能提高溫變率，兼容逆變器內(nèi)部損耗影響,。如此循環(huán)10次,時(shí)間168H,。試驗(yàn)過程中檢測(cè)功率運(yùn)行機(jī)器情況。試驗(yàn)完成后開箱檢查試紙情況,。
4.2.1 快速溫循的場(chǎng)景分析
Power and Temperature Cycling Test：帶電溫循測(cè)試
帶電溫循測(cè)試的目的是為了暴露產(chǎn)品在不同溫度條件長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)的潛在缺陷,。通過循環(huán)的快速溫變加速產(chǎn)品在實(shí)際的場(chǎng)景的高低溫的變化，驗(yàn)證產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和長(zhǎng)期可靠性的主要方法,，特別是材料的熱匹配特性,。通過帶電運(yùn)行的方式，能實(shí)時(shí)的檢測(cè)逆變器狀態(tài),。
4.2.2 PTC帶電溫循試驗(yàn)方法
業(yè)界大部分試驗(yàn)zui多用300CYCLE,。由于逆變器的特殊性，每天都在溫變,，壽命期內(nèi)的溫變光晝夜溫變次數(shù)為365*25=9125次,，采用1000CYCLE的加速驗(yàn)證是必要。zui低溫度到-40℃,，高溫到80℃,溫變15℃/分鐘,，具體的參考下面的試驗(yàn)時(shí)序曲線圖。
高溫和低溫停留時(shí)間根據(jù)產(chǎn)品自身的熱容特性選擇,，對(duì)于密閉型較大樣品建議選擇1H以上,。在高溫和低溫過程中，可進(jìn)行多次的上電和下電試驗(yàn)測(cè)試,。驗(yàn)證低溫和高溫啟動(dòng)性能,。在高溫段，可增加多次上電下電操作(間隔時(shí)間大于逆變器并網(wǎng)zui小間隙時(shí)間)。
試驗(yàn)完成后可對(duì)內(nèi)部單板進(jìn)行檢查,，還要求對(duì)內(nèi)部單板,，功率管進(jìn)行檢查，看是否存在裂縫,，焊接不良,，器件的封裝和本體無開裂現(xiàn)象，塑料無明顯的變形等,。檢查完成后可進(jìn)行完成的電特性測(cè)試,，分析試驗(yàn)前后特性是否沒有明顯的劣化。
4.3 外場(chǎng)暴露
4.3.1外場(chǎng)暴露的場(chǎng)景分析
外場(chǎng)暴露可讓逆變器在太陽光照下直接照射,，比專門的模擬光照試驗(yàn)更接近實(shí)際場(chǎng)景,。為了更好的模擬實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)，放到沿海地區(qū)爆曬不僅綜合驗(yàn)證了抗潮濕,、抗鹽霧,、抗太陽暴曬能力。海南萬寧是一個(gè)比較理想的暴露外場(chǎng),，其有高溫,、高濕、高鹽,。此地區(qū)臺(tái)風(fēng),、降雨、高溫交變明顯,。在夏天,，zui高溫度到35℃，機(jī)器外殼到60℃以上,，在突變的下雨條件下,，外殼降低30℃。海邊外場(chǎng)是一個(gè)咸濕,、淋雨,、快速溫變綜合試驗(yàn)，能更好的驗(yàn)證產(chǎn)品的穩(wěn)定性,。
4.3.2外場(chǎng)暴露試驗(yàn)方法
選擇海邊350M的試驗(yàn)區(qū),。通過支架斜掛固定架，接入的模擬的PV直流源,，監(jiān)控系統(tǒng),，直接和電網(wǎng)并網(wǎng)。每周對(duì)逆變器的狀態(tài)進(jìn)行巡檢,，觀察其發(fā)電量,，內(nèi)部溫度的主要參數(shù),。外場(chǎng)暴露是一個(gè)開放的資源環(huán)境，試驗(yàn)站每天記錄濕度,、溫度,、分析鹽分含量。模擬逆變器運(yùn)行,，每天早上7:00開機(jī),，并網(wǎng)輸出功率，晚上7:00后待機(jī),，關(guān)閉功率輸出,。試驗(yàn)周期1年以上。