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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。華為可靠性實驗室業(yè)界*開發(fā)出了溫度,、濕度,、腐蝕性粉塵三綜合應(yīng)力試驗設(shè)備，使得逆變器產(chǎn)品在惡劣場景應(yīng)用具有的適應(yīng)能力。針對戶外應(yīng)用,，采用高溫,、淋雨、帶電溫循,、外場暴露等加速方法,，驗證了逆變器的長期可靠性，保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行,。
1.溫變影響機(jī)理
溫度不同,，材料結(jié)構(gòu)的分子運動的速度不同，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暫時或*的影響設(shè)備的正常工作。
同時溫度的快速變化,，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,，這對逆變器的運行帶來較大的風(fēng)險,。
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)形成溫度差和各個部位的溫度差，并且溫度變化頻繁,，這些對產(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行,。
3.應(yīng)對解決方案
產(chǎn)品設(shè)計上要考慮溫差的影響,，同時考慮凝露風(fēng)險，如單板集中,、涂覆保護(hù),、內(nèi)部風(fēng)扇散熱等多項措施。在驗證方面一般采用高溫淋雨試驗和PTC帶電溫循試驗來驗證整機(jī)性能,，作為查找薄弱點的主要方法。同時通過外場暴露來補充驗證嚴(yán)酷環(huán)境的長期適應(yīng)能力,。
設(shè)計中考慮溫度均衡,、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)計中使熱平衡均勻分配,。
4.試驗驗證方法
4.1高溫淋雨試驗
4.1.1高溫淋雨試驗的場景分析
淋雨試驗室在高溫、高濕的條件下,，通過冷水直接沖淋試驗樣品,，讓樣品外部快速降溫，此不僅是驗證試驗樣品的IP防護(hù)等級,，同時也是驗證內(nèi)部凝露的風(fēng)險,。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。同時也可進(jìn)行帶電試驗,，檢測逆變器在高溫淋雨時是否得到保護(hù)或失效,。
夏天在高濕特別是在熱帶雨林地區(qū)使用的時候模塊內(nèi)部容易有凝露情況發(fā)生,，通過淋雨試驗來檢驗IP65等級的抗凝露能力，優(yōu)化內(nèi)部單板設(shè)計,。正常使用時,，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,，溫變率會進(jìn)一步加大。
4.1.2高溫淋雨試驗方法
在的淋雨箱保持10H,，自動開啟噴水,，同時溫箱開始降低，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,時間168H。試驗過程中檢測功率運行機(jī)器情況,。試驗完成后開箱檢查試紙情況,。
4.2.1 快速溫循的場景分析
Power and Temperature Cycling Test：帶電溫循測試
帶電溫循測試的目的是為了暴露產(chǎn)品在不同溫度條件長期運行時的潛在缺陷。通過循環(huán)的快速溫變加速產(chǎn)品在實際的場景的高低溫的變化,，驗證產(chǎn)品對環(huán)境的適應(yīng)性和長期可靠性的主要方法,，特別是材料的熱匹配特性。通過帶電運行的方式,，能實時的檢測逆變器狀態(tài),。
4.2.2 PTC帶電溫循試驗方法
業(yè)界大部分試驗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時序曲線圖,。
高溫和低溫停留時間根據(jù)產(chǎn)品自身的熱容特性選擇，對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測試。驗證低溫和高溫啟動性能,。在高溫段，可增加多次上電下電操作(間隔時間大于逆變器并網(wǎng)zui小間隙時間),。
試驗完成后可對內(nèi)部單板進(jìn)行檢查，還要求對內(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)行完成的電特性測試，分析試驗前后特性是否沒有明顯的劣化,。
4.3 外場暴露
4.3.1外場暴露的場景分析
外場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更接近實際場景。為了更好的模擬實際的現(xiàn)場,，放到沿海地區(qū)爆曬不僅綜合驗證了抗潮濕,、抗鹽霧、抗太陽暴曬能力,。海南萬寧是一個比較理想的暴露外場，其有高溫,、高濕,、高鹽。此地區(qū)臺風(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℃。海邊外場是一個咸濕,、淋雨,、快速溫變綜合試驗,，能更好的驗證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
4.3.2外場暴露試驗方法
選擇海邊350M的試驗區(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),。外場暴露是一個開放的資源環(huán)境，試驗站每天記錄濕度,、溫度,、分析鹽分含量。模擬逆變器運行,，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,。試驗周期1年以上。