針對組串型光伏逆變器，業(yè)內在風冷自冷散熱方案優(yōu)劣上各有見解。本文分別取市場在銷售的國內代表品牌30KW風冷組串光伏逆變器，和20KW自冷組串光伏逆變器（含內擾風扇，用于均勻機箱內部溫度）為樣本，分析風冷自冷方案對逆變器的壽命影響。

1、 風冷/自冷散熱方式下內部器件的工作環(huán)境溫度

選取兩個產品樣本在同等的正常工作環(huán)境下滿載穩(wěn)定運行，測試收集設備內部各關鍵元器件溫度值如下表1。


從實測數(shù)據(jù)比較看，同等工作環(huán)境滿載穩(wěn)定運行，20KW自冷逆變器較30KW風冷逆變器機箱內各器件工作溫度要高10℃左右。

2、關鍵器件工作溫度與壽命的比較分析

2.1、膜電容壽命對比分析

根據(jù)對樣本產品的內部溫度實測數(shù)據(jù)，假定紋波電流相同，以1.1倍額定電壓工作（曲線傾斜度一致，便于讀值選取1.1倍，不影響比較結果），根據(jù)圖1曲線可獲得兩者膜電容壽命對比如表2。




在關鍵器件膜電容上，風冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命，是自冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命的三倍。

2.2、內部風扇壽命對比分析

以三洋風扇為例，風扇壽命受溫度影響的關系曲線如圖2。根據(jù)對樣本產品的內部溫度實測數(shù)據(jù)，根據(jù)圖2曲線可獲得兩者風扇壽命對比如表3：





在關鍵器件風扇上，風冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命，是自冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命的兩倍以上。

2.3、模塊壽命對比分析

模塊作為逆變器最為核心器件，其工作時內部結溫直接影響使用壽命，圖3是英飛凌提供的晶元結溫與壽命對應關系曲線。根據(jù)對樣本產品的內部溫度實測數(shù)據(jù)，推算出模塊結溫和兩者模塊壽命對比如表4（推算過程專業(yè)性強，這里不在贅述）。



在關鍵器件模塊上，風冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命，是自冷散熱工作環(huán)境下的器件壽命的1.7倍。

3、風扇器件壽命及可維護性

器件壽命直接決定整機壽命，故障器件可維護性直接影響整機的維護成本。在30KW風冷逆變器和20KW自冷逆變器的器件比較和設計中，30KW風冷逆變器在風扇設計和選型上有顯著優(yōu)勢。

3.1、風扇壽命高于電站壽命

風扇是成熟的工業(yè)器件，應用于樣本30KW風冷逆變器的是NMB風扇，防護等級為IP65，可在任何灰塵環(huán)境下，甚至完全浸入水中正常工作。圖4為NMB風扇壽命曲線。



根據(jù)圖4，以逆變器運行的最高環(huán)境溫度50度計算，正常運行時間為60319小時。通過智能強制風冷控制，只有逆變器的模塊溫度達到70度以上，風扇才會滿轉，在正常一天內，滿足滿轉條件的時間大概在6小時左右，一年為365天，可得風扇使用壽命如表5。


在最惡劣的情況下，30KW風冷逆變器風扇可運行27.5年。另外，考慮雨天、以及環(huán)境溫度低于50℃等因素，風扇的運行壽命將更長。

3.2、風扇可維護性

30KW風冷逆變器的風扇工作壽命要遠長于逆變器，通常情況下不需要對風扇進行維護，即便出現(xiàn)需要更換的情況，也具備良好快捷的可拆卸性，如圖5。


不同的維護人員3次對逆變器進行風扇更換，所用時間如下表6。



總結：通過對30KW風冷逆變器和20KW自冷逆變器在同等工作環(huán)境下的運行數(shù)據(jù)收集比較，風冷散熱方式較自冷散熱方式可提升各關鍵元器件壽命2-3倍。特別是風冷型逆變器的風扇，壽命超過逆變器本身壽命。