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解密华为光伏逆变器 可靠性如何炼成?

导读: 太阳能发电系统通常直接暴露在室外环境工作,经常遇到高温、高寒、高湿、大风沙,淋雨,盐雾等恶劣气象条件。华为可靠性实验室业界首创开发出了温度、湿度、腐蚀性粉尘三综合应力试验设备,使得逆变器产品在恶劣场景应用具有卓越的适应能力。

  OFweek电源网:太阳能发电系统通常直接暴露在室外环境工作,经常遇到高温、高寒、高湿、大风沙,淋雨,盐雾等恶劣气象条件。华为可靠性实验室业界首创开发出了温度、湿度、腐蚀性粉尘三综合应力试验设备,使得逆变器产品在恶劣场景应用具有卓越的适应能力。针对户外应用,采用高温、淋雨、带电温循、外场暴露等加速方法,验证了逆变器的长期可靠性,保证设备长期稳定运行。

  1.温变影响机理

  温度不同,材料结构的分子运动的速度不同,在不同材料之间就出现膨胀系数、热传递性能的匹配差异,容易导致部件的卡紧件松弛。IGBT模块和散热器之间的热不匹配、不同材料的收缩或膨胀率不同,可诱发部件的变形或破裂、表面涂层开裂、气密性变差或泄漏、绝缘保护失效等。通常温度变化慢,影响不明显。急剧的温度变化可能会暂时或永久的影响设备的正常工作。

  同时温度的快速变化,容易在单板,机壳等位置形成凝露,结水或结冰等现象,这对逆变器的运行带来较大的风险。

  2.温变影响案例

  影响逆变器温度的主要是地域温差、昼夜温差、季节温差、天气变化如太阳、风、雨等形成的温差。同时自然散热在热源和器件、外壳之间也形成温差,导致逆变器个部件之间形成温差。在北方地区冬季温度较低,很多地方低于-20℃,夏季温度超过40℃,昼夜温差20℃、季节温差60℃,同时逆变器外壳的温升在20~30℃,内部IGBT的温升在40~50℃。这样容易在内部腔体内形成温度差和各个部位的温度差,并且温度变化频繁,这些对产品材料的选择提出了严峻的挑战。

  此外早晚开机功率输出,突变的阵雨及恶劣的天气变化,温变速率大,容易在一些部件上形成凝露,这也将影响逆变器的安全运行。

  3.应对解决方案

  产品设计上要考虑温差的影响,同时考虑凝露风险,如单板集中、涂覆保护、内部风扇散热等多项措施。在验证方面一般采用高温淋雨试验和PTC带电温循试验来验证整机性能,作为查找薄弱点的主要方法。同时通过外场暴露来补充验证严酷环境的长期适应能力。

  设计中考虑温度均衡、温差分布连续,防止内部形成明显的温差,从而平衡内部单板温度。提高产品对温变的适应性。通过热仿真的方法分析散热器、内部功率管、PCB单板器件等的热数据,设计中使热平衡均匀分配。

  4.试验验证方法

  4.1高温淋雨试验

  4.1.1高温淋雨试验的场景分析

  淋雨试验室在高温、高湿的条件下,通过冷水直接冲淋试验样品,让样品外部快速降温,此不仅是验证试验样品的IP防护等级,同时也是验证内部凝露的风险。一般通过内部贴湿度试纸的形式来检查内部是否发生凝露。同时也可进行带电试验,检测逆变器在高温淋雨时是否得到保护或失效。

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