光伏逆變器的散熱設(shè)計(jì)介紹

在關(guān)注逆變器整體性能時(shí)，光伏人關(guān)注最多的往往是轉(zhuǎn)化效率、最大直流電壓、交流輸出功率、防護(hù)等級等一系列慣常的問題。而逆變器的散熱是光伏人容易忽視的問題，而散熱恰恰是需要重點(diǎn)關(guān)注的，為什么這么說，請您朝下文看。

一、逆變器為什么要散熱

1、逆變器中的元器件都有額定的工作溫度，如果逆變器散熱性能比較差，當(dāng)逆變器持續(xù)工作時(shí)，元器件的熱量一直在腔體內(nèi)部匯集，其溫度會越來越高。溫度過高會降低元器件性能和壽命，機(jī)器容易出現(xiàn)故障。

2、逆變器工作時(shí)發(fā)熱，產(chǎn)生功率損耗是無法避免的，例如5kW的一臺的逆變器，其系統(tǒng)熱損耗約為75-125W，影響發(fā)電量。需要通過優(yōu)化的散熱設(shè)計(jì)，可以降低散熱損耗。

二、逆變器散熱的幾種方式

目前，逆變器的散熱技術(shù)包括自然冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷、液冷等。主要應(yīng)用形式為自然冷卻和強(qiáng)制風(fēng)冷。

1、自然散熱：自然散熱是指不使用任何外部輔助能量，讓局部發(fā)熱器件向周圍環(huán)境散熱，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制，自然散熱適用于對溫度控制要求不高的低功耗器件。

2、強(qiáng)制風(fēng)冷：強(qiáng)制散熱的冷卻方法主要是借助于風(fēng)扇，從而將器件散發(fā)出的熱量帶走的一種方法。目前，散熱器的材料主要是用鋁或銅。

三、怎樣給逆變器選擇合適的散熱方式

一般情況下，電子器件允許的工作溫升在40-60℃之間。在溫升60℃的情況下，自然冷卻最大能夠承擔(dān)0.05W/cm2的熱流密度。而當(dāng)熱流密度大于0.05W/cm2時(shí)，強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式，在經(jīng)濟(jì)和性能層面上，是一種很好的選擇。如果熱流密度繼續(xù)增大時(shí)，則需要液冷等其他散熱方法。

所以：幾MW的風(fēng)能變流器，一般都選擇液冷的散熱方式；在100KW-1MW的集中型光伏逆變器，一般都采用強(qiáng)制風(fēng)冷；當(dāng)功率小于20KW的組串式逆變器，采用自然冷卻性價(jià)比最佳。當(dāng)大于25KW時(shí)，強(qiáng)制風(fēng)冷是較經(jīng)濟(jì)的方式。

四、逆變器散熱設(shè)計(jì)

散熱面積越大效果越好

比如5kW逆變器發(fā)熱功率大約是125W，依照60℃時(shí)自然冷卻需承擔(dān)的最大熱流密度0.05W/cm2，來計(jì)算散熱面積為0.25m2。為了逆變器體積不變，固德威采用褶皺設(shè)計(jì)和多散熱齒，增大空氣和散熱器的接觸面積，從而更好更快的散熱。

整體風(fēng)道設(shè)計(jì)

風(fēng)道設(shè)計(jì)的基本原則如下：

出口風(fēng)道保證熱氣流能順利排出；

盡量擴(kuò)大穿過散熱器熱齒間的空氣流速和流量；

減少風(fēng)道風(fēng)阻。

電感外置設(shè)計(jì)

可以將電感進(jìn)行外置，電感獨(dú)立進(jìn)行散熱，降低機(jī)腔體的溫度。

五、最新的散熱技術(shù)

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，逆變器在散熱方面獲得了很大的發(fā)展：

分腔管理：逆變器中最易受溫度影響的器件是運(yùn)放，傳感器、電解電容等，電感、電纜、功率開關(guān)管等比較耐高溫，可以通過分腔的方法隔開發(fā)熱的元器件，將發(fā)熱器件功率，比如電感放在逆變器的外面，降低機(jī)箱內(nèi)溫度。同時(shí)可以采用整體式外殼結(jié)構(gòu)，散熱器與外殼直接緊密相結(jié)，讓鋁合金外殼通過兩條路徑來進(jìn)行散熱，從而達(dá)到降低元器件溫度和逆變器內(nèi)部溫度的效果，保證了元器件和逆變器更長的使用壽命。

散熱的仿真技術(shù)：利用仿真軟件可較真實(shí)地模擬系統(tǒng)的熱狀況，在設(shè)計(jì)過程中就能預(yù)測到各元器件的工作溫度值，這樣就可糾正不合理的逆變器結(jié)構(gòu)布局，從而縮短設(shè)計(jì)的研發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品的一次成功率。

新的散熱材料的應(yīng)用：譬如鋼制散熱器、鋁合金散熱器、銅制散熱器、銅鋁復(fù)合散熱器、鋼鋁復(fù)合散熱器、不銹鋼散熱器等。

新型熱管散熱技術(shù)：熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到良好的制冷效果。具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、溫度可控制等特點(diǎn)。

六、總結(jié)

從上文可以看出，散熱不僅關(guān)系到逆變器的性能和壽命，同時(shí)還關(guān)系到用戶的發(fā)電量。在評估逆變器的性能時(shí)，其是不可忽視的重要一環(huán)。

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