光伏逆变器散热方案选择与功率的关系

OFweek 太阳能光伏网 中国太阳能光伏行业门户光伏逆变器散热方案选择与功率的关系摘要随着光伏逆变器外形尺寸缩小和单机功率提高，对散热设计的要求越来越高。设计者必须综合考虑逆变器散热系统的散热效果、防护性、可安装性、可维护性，以及所付出的经济代价。其中，单机功率，是设计散热方案的重要依据。逆变器散热技术包括自然冷却、强制风冷、液冷和相变冷却等形式。各种形式的工作原理和特点，如表 1 所示。研究表明，强制风冷的散热效率是自然冷却的 1020 倍，更高效的散热方式还有液冷。从结构复杂程度和实现的难易程度来看，强制风冷散热系统比液冷系统简单、容易实现、可靠性高。因而，在电源行业首选强制风冷散热方式，其次考虑自然冷却、液冷等散热方式。图 1 散热方式与热流密度的关系（注 图片引自美国内华达大学 Yunus A.Cengel 教授所著 Heat and Mass Transfer Fundamentals and Applications 一书）热流密度是指单位时间内，通过物体单位横截面积上的热量。如图 1 所示，在同等允许温升范围内，系统热流密度越大，所需的散热方式越苛刻。通常情况，电子元器件允许工作温升在 4060 ℃范围内。在温升 60℃的允许上限条件下，自然冷却可承担最大热流密度为 0.05W/cm2 。 当热流密度大于 0.05W/cm2 时， 通过一些特殊手段可是自然冷却勉强提高散热效果，但需要牺牲工作性能、器件寿命或经济性等作为代价。在热流密度大于 0.05W/cm2 时，采用强制风冷散热方式，可得到令人满意的综合性能和经济性。当热流密度继续增大时，则需要选择液冷等其他散热方式。 对于功率都在几 MW 的大型风能变流器， 散热方式都是选用液冷； 功率在 100KW 到 1MW 之OFweek 太阳能光伏网 中国太阳能光伏行业门户间的集中型光伏逆变器，散热方式为强制风冷；而功率从几千瓦到几十千瓦的组串式光伏逆变器，则根据单机功率的从小到大，散热设计也从自然散热提升到强制风冷散热。图 2 组串式光伏逆变器散热方式选择将理论分析转换为实际产品在散热方案上的比较选择，科学指导组串型光伏逆变器在产品设计上的散热方案应用。如图 2 所示，当功率小于 20kW 时，采用自然冷却可实现产品体积、重量与综合性能的最优匹配； 当功率大于 25kW 时， 散热热流密度较大， 强制风冷则是比较经济、 高效的实用手段； 当功率在 20kW至 25kW 之间，采用自然冷却和强制风冷所产生的综合性价比相当。市面上不同功率段逆变器所采用的散热方式如表 2 所示。表 2 不同功率逆变器所采用的散热方式总结散热技术包括自然冷却、强制风冷、液冷、 相变冷却等形式，主要根据逆变器的功率进行选用。组串式光伏逆变器一般工作在 70℃以上的屋顶户外环境，高温环境下系统散热对产品的性能和寿命影响尤为重要。功率在 20kW 以下的逆变器，可以采用自然冷却方式；而功率在 25kW 以上的逆变器，采用强制风冷方式更为适宜。