鉅大LARGE | 點擊量:1410次 | 2019年12月31日
解密華為光伏逆變器 可靠性如何煉成?
電源網:太陽能發(fā)電系統通常直接暴露在室外環(huán)境工作,經常遇到高溫、高寒、高濕、大風沙,淋雨,鹽霧等惡劣氣象條件。華為可靠性實驗室業(yè)界首創(chuàng)開發(fā)出了溫度、濕度、腐蝕性粉塵三綜合應力試驗設備,使得逆變器產品在惡劣場景應用具有卓越的適應能力。針對戶外應用,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,保證設備長期穩(wěn)定運行。
1.溫變影響機理
溫度不同,材料結構的分子運動的速度不同,在不同材料之間就出現膨脹系數、熱傳遞性能的匹配差異,容易導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永久的影響設備的正常工作。
同時溫度的快速變化,容易在單板,機殼等位置形成凝露,結水或結冰等現象,這對逆變器的運行帶來較大的風險。
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、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℃,內部IGBT的溫升在40~50℃。這樣容易在內部腔體內形成溫度差和各個部位的溫度差,并且溫度變化頻繁,這些對產品材料的選擇提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
此外早晚開機功率輸出,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.應對解決方案
產品設計上要考慮溫差的影響,同時考慮凝露風險,如單板集中、涂覆保護、內部風扇散熱等多項措施。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酷環(huán)境的長期適應能力。
設計中考慮溫度均衡、溫差分布連續(xù),防止內部形成明顯的溫差,從而平衡內部單板溫度。提高產品對溫變的適應性。通過熱仿真的方法分析散熱器、內部功率管、PCB單板器件等的熱數據,設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防護等級,同時也是驗證內部凝露的風險。一般通過內部貼濕度試紙的形式來檢查內部是否發(fā)生凝露。同時也可進行帶電試驗,檢測逆變器在高溫淋雨時是否得到保護或失效。