组串式逆变器的发展趋势和挑战
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随着全球煤炭、石油资源的衰竭和世界各国对环境污染的重视，太阳能等可再生能源并网发电技术及应用成为热点。其中光伏逆变器作为太阳能发电系统的核心设备，其可靠性决定着光伏系统的安全运行，而影响光伏逆变器可靠性的重要因素之一就是逆变器的散热性能。逆变器的核心器件对温度比较敏感，温度的变化会影响其开通和关断过程，当温度过高时会导致功率开关性能衰减甚至损坏，因此逆变器的散热方案优劣决定着产品的性能和质量。 近年来，组串式逆变器在地面电站中得到了广泛应用。相比集中式方案，组串式更有明显优势，具体体现在以下几点：发电量高，占地面积小，无需机房，运行可靠，维护方便简单，已经成为大型地面电站应用的趋势。 光伏电站一般选在沙漠、高原等阳光充足的地方，这些区域冬季温度极低，夏季温度非常高，风沙大，海拔高，光照强，有些站点甚至位于海边，腐蚀性强。在这些应用场景中，组串式逆变器通过挂墙、挂光伏板支架或者挂独立安装架等方式直接暴露在室外，外部部件被雨水、沙尘腐蚀和老化风险严重。如何做到既能适应恶劣环境，又能满足逆变器的散热，成为了大家最关心的问题。 一.组串式逆变器业界常用散热方式及问题 逆变器散热主要有自然散热和风冷散热两种方式。通过组串式逆变器外部增加风扇，提升散热能力，行业厂商普遍采用这种方式散热。但组串式逆变器应用环境较差，其对外部风扇的防护性能要求较高。任何风扇都属于易损部件，转动会有磨损，且不会绝对防尘。恶劣的外部环境会加速风扇老化。对于长达25年运营周期的光伏电站是不可用的，需要不定期更换，给光伏电站带来无休止的麻烦。 当前室外型风扇防护等级一般只能达到IP54/IP55，外部有风扇设计导致整体系统防护等级无法达到IP65。同时为了避免雨水直接冲刷风扇，设计散热方案时，风道会变得很复杂，风道形式受限，一旦风扇失效，散热能力衰减严重，这样会使得逆变器输出功率降额，发电量减少，严重影响客户利益。更为关键的是，因风扇常年暴露在雨水和沙尘中，腐蚀严重，寿命急剧下降，逆变器生命周期内需要多次更换风扇，维护成本极高。 下图为某户外环境电站，逆变器运行一年后，风扇积灰和腐蚀的剖析图片，从图片可以看出，腐蚀情况非常严重。 图1 某户外电站逆变器风扇积尘腐蚀示意图 风扇的失效模式与温度关系很小，而主要由风沙、腐蚀、转动磨损造成损坏。有外置风扇的组串式逆变器，一般5-10年需要全部更换风扇。那么常规的光伏电站，批量更换风扇一次要损失多少钱呢? 我们以100MW电站为例，用40KW组串式逆变器，需2500台。每台逆变器4个风扇，共10000个风扇。 所需成本=10000*(65 50)=115万元(其中65元为风扇成本，50原为更换人工成本) 风扇故障造成的发电量损失=10000*40KW/2(平均功率)*3小时(故障平均中断时间)*0.9元=54万元 因此，5-10年内由于风扇故障造成的更换成本和发电量损失共计约170万元。 而其实对客户最大的伤害还在于，这会严重影响整个运维效率，运维人员将被大量浪费在无效、无价值的维护工作上。 二.组串式逆变器散热问题的应对解决方案 无外部风扇设计是目前较先进的解决方案。逆变器外部无需安装风扇，防护等级可以达到IP65，而且噪声低，可靠性高，消除因风扇失效散热能力衰减导致的功率降额，易维护，成本低。 |
