逆變器老化試驗時溫度對逆變器壽命的影響

    溫度對光伏組件逆變器的影響非常大，這也是被大家廣泛認知的。

    光伏組件一般有3個溫度系數：開路電壓、峰值功率、短路電流。當溫度升高時，光伏組件的輸出功率必然會下降！因此，溫度折減是對系統效率影響非常大的一項因素。局部溫度過高，會產生熱斑，影響光伏組件的壽命。

    然而，溫度對逆變器的壽命有多大影響？了解這個的人是就不是很多了。
   
    為了驗證溫度對逆變器的壽命影響，設計了如下實驗。

1、實驗方法與條件
    實驗條件：480V 直流電壓、400V 交流電壓、50℃環境溫度；
    實驗樣本：分別為30kW風冷逆變器（樣本1）、20kW自然冷卻逆變器（樣本2）。
    實驗目的：通過測試溫度對逆變器關鍵元器件壽命的影響，來說明溫度對逆變器整體壽命的影響。
    實驗設備：高溫老化房SC/BIR-25D

2、實驗方法與條件

    兩個樣本在高溫老化房實驗條件下滿載穩定運行，測試收集設備內部各關鍵元器件溫度值如下表。
    表1：實驗條件下各關鍵元器件的溫度

    1溫度對膜電容壽命的影響
    根據對樣本產品的內部溫度實測數據，假定紋波電流相同，則工作電壓（Vw）與額定電壓（Vn）的比值（Vw/ Vn）與膜壽命的關系如圖1所示。

                                                                     圖1：膜電容壽命與溫度關系曲線
    從上圖我們可以看出，在不同溫度、不同Vw/ Vn值下，膜電容的壽命。
    表2：實驗條件下各關鍵元器件的溫度

    說明：由于不滿負荷運轉時膜電容達不到上述溫度，根據我國資源條件，按照年滿負荷2200h的保守值進行考慮，實際壽命應該大于上表中的數值。
    可見，若膜電容的工作溫度由70℃上升到85℃時，壽命大概下降到原來的1/3~1/5，壽命隨Vw/ Vn值得升高而降低。當Vw/ Vn＜1.1時，樣本1的壽命基本可達到25年，過載會降低其壽命；而樣本2由于溫度太高，壽命均未達到25年。
   
    2溫度對模塊壽命的影響
    模塊作為逆變器zui為核心器件，其工作時內部結溫直接影響使用壽命，圖2 是英飛凌提供的晶元結溫與壽命對應關系曲線。

                                             圖2：模塊壽命與結溫的關聯曲線
    根據表1中樣本1和樣本2模塊的內部溫度，推算出模塊結溫和兩者模塊壽命對比如表3（推算過程專業性強，這里不在贅述）。
    表3：模塊溫度和壽命的影響

    由上表可見，在實驗條件下，關鍵器件模塊，溫度較低的樣本1壽命是溫度較高的樣本2的1.7倍，但均未達到25年的預期壽命。
    3溫度對風扇壽命的影響
    風扇是成熟的工業器件，應用于樣本1的風冷逆變器的是NMB 風扇，防護等級為IP65，可在任何灰塵環境下，甚至*浸入水中正常工作。    
    圖3 為NMB 風扇壽命曲線。

    根據圖3，以逆變器運行的zui高環境溫度50 ℃計算，正常運行時間為60319 小時。通過智能強制風冷控制，只有逆變器的模塊溫度達到70℃以上，風扇才會滿轉，在正常一天內，滿足滿轉條件的時間大概在6h左右，折合27.5 年。另外，考慮雨天、以及環境溫度低于50℃等因素，風扇的運行壽命將更長。

3、小結
在實驗條件下（480V 直流電壓、400V 交流電壓、50℃環境溫度），由于樣本1和樣本2冷卻方式不同，造成關鍵器件壽命有較大的差異。
對于膜電容，當Vw/ Vn＜1.1時，樣本1的壽命基本可達到25年，過載會降低其壽命；而樣本2由于溫度太高，壽命均未達到25年。
對于模塊，樣本1壽命是樣本2的1.7倍，但均未達到25年的預期壽命。
對于風扇，為成熟的工業器件，壽命可以達到25年以上。
綜上所述，在集裝箱式逆變器、自然冷卻式逆變器等新技術廣泛應用時，應該充分考慮這些新技術對于散熱的影響，對于逆變器壽命的影響。