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光伏逆變器與環境溫度的關系,看這篇就夠了!

作者:中國儲能網新聞中心 來源:SMA艾思瑪新能源 發布時間:2018-10-11 瀏覽:
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1. 對比大部分戶用光伏逆變器的產品規格書,會發現逆變器的工作溫度范圍都為-25至+60℃,為什么溫度會選擇在這個范圍呢?

■ 首先安規要求逆變器外殼溫度不能超過70℃,避免人體誤碰觸出現燙傷。

■ 其次這個溫度范圍滿足全球絕大部分區域的環境溫度要求。

■ 環境溫度過高或過低都會影響逆變器壽命和工作穩定性。

2.環境溫度過高或過低對逆變器的影響?

首先我們看下逆變器里關鍵元器件的工作溫度:(如下表)

■環境溫度過高

溫度過高會降低元器件性能和壽命 ,例如:

電感:高溫時電感容易飽和,飽和時電感量會減得很小,工作電流峰值會變得很大,功率元件會過流損壞。

電解電容:對于電解電容來說,環境溫度每升高10℃,化學反應速率將增大2-10倍,即電容工作溫度每升高10℃,電容壽命減少一半,而電容壽命經常被用來計算整機的使用壽命。

功率模塊:隨著環境溫度的升高,功率模塊工作時的芯片結溫也持續升高,讓模塊承受很高的熱應力,大大縮短使用壽命,一旦溫度超過結溫極限值,就會導致模塊熱擊穿。所以設計中有一條規則顯示模塊在65℃以上的環境下工作時,溫度每上升10℃,故障率便增加一倍。

3種不同額定溫度電容使用壽命和環境溫度的關系

功率模塊在高溫(紅色)與低溫(藍色)的開關功率損耗對比

■ 環境溫度過低

低溫對逆變器的影響相較于高溫要小,低溫影響較大的元器件是電解電容和控制芯片。

電解電容:電解電容器的在低溫工作時,其ESR則會增加10倍以上。額定溫度-20 ℃或-40 ℃的器件其ESR將會增加更多,例如-40 ℃的器件其ESR將會增加100多倍。這樣溫度越低電解液離子遷移速度越慢,電解液導電率越低,電容量減少,機器可能無法正常啟機。

控制芯片:低溫對半導體的導電能力、極限電壓電流及開關特性都有很大的影響。而一個芯片中往往包含了成千上萬的晶體管及其他元器件,每一點小小的偏差累計可能造成外部特性的巨大影響。如果溫度過低,往往造成芯片在額定工作電壓下無法打開其內部的半導體開關,導致其不能正常工作。

3.逆變器對溫度的控制?

一年有四季,有夏天的高溫,也有冬天的低溫,那么逆變器是如何來調節自身的溫度?

■ 首先是溫度檢測,溫度檢測很簡單,一般采用負溫度系數的熱敏電阻檢測,不同溫度對應不同的阻值,得到不同的電壓反饋給控制芯片進行計算,得出確切的溫度值。

溫度檢測的位置一般為:散熱片溫度;IGBT模塊溫度;機器腔體溫度。

下表為標稱阻值15K熱敏在不同溫度下的阻值變化:15k Ω @25℃;公差精度: + / -1%。

■ 其次是散熱裝置,常用的散熱裝置有散熱器和風扇。

散熱器:通常用鋁來制作,主要因為:相較于金、銀、銅而言,鋁的重量輕、價格便宜而且耐腐蝕、利用加工設備可以制成各種復雜的形狀。散熱器散熱方式為:與外殼通過較大面積直接緊密連結,元器件的熱量能通過散熱器直接傳遞到鋁合金外殼上,然后散發到空氣中。散熱路徑:器件→散熱器→外殼→空氣。

風扇:風扇是為了強制散熱,利用空氣對流,將功率元件及散熱器散發出的熱量帶走。一般風扇轉速是根據溫度變化而變化的。

■ 溫度控制邏輯

高溫調節,以1臺10KW的機器舉例說明(以下數據僅供參考):

10KW機器滿載輸出為10KW,風扇100%轉速時為3000rad/min,下圖橫坐標為環境溫度。

1)當環境溫度在35℃時,散熱器溫度上升,機器滿載輸出,風扇以50%轉速轉動。

2)當環境溫度在45℃時,散熱器溫度達到功率降載閾值,機器開始降載輸出9KW,風扇以100%轉速轉動。

3)當環境溫度在60℃時,散熱器溫度達到保護值,機器停止發電并報過溫保護,而風扇以100%轉速轉動。

■ 低溫調節

由于機器低于溫度下限值工作時并不會損壞元器件,一般低溫是在達到低溫保護閾值后直接保護。

可是在低溫條件下當逆變器運行后,有電流流經器件時,如功率元件溫度會迅速上升,產生熱量提高內部腔體溫度,使電容器工作溫度遠大于環境溫度,這樣可使電容維持設備運行。所以低溫保護沒有高溫保護那么常見。

4.總結

一般機器運行后發熱外殼溫度在45℃ ~55℃之間,在夏天外界溫度達38℃,逆變器多數情況下外殼溫度在60℃左右。在低溫環境下由于逆變器關鍵元器件都可以工作在零下25度,所以可以保證逆變器在環溫-25℃以上正常工作。

關鍵字:光伏逆變器

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