NMB散热风扇--光伏逆变器中的黑科技（如何从散热上提高寿命）
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作者:佚名
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发布时间: 2022-03-29
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光伏逆变器是光伏系统的核心设备，主要作用是把光伏组件发出来的直流电变成符合电网要求的交流电。但实际上逆变器不仅仅是逆变，而是光伏电站的安全管家，逆变器还承担着光伏方阵和电网的监测和保护，对外界环境防护和人机交互等系统级功能。
图1：逆变器安全管家功能
在光伏行业标准NB32004-2013中，逆变器有100多个严格的技术参数，每一个参数合格才能拿到证书。国家质检总局每一年也会抽查，对光伏并网逆变器产品的保护连接、接触电流、固体绝缘的工频耐受电压、额定输入输出、转换效率、谐波和波形畸变、功率因数、直流分量、交流输出侧过/欠压保护等9个项目进行了检验。
一、逆变器为什么要散热
逆变器作为一款电力电子设备，和所有电子产品一样都面临温度带来的挑战，所有电子产品失效案例中，其中有高达55%的比例是温度原因造成的。逆变器内部的电子元器件对温度同样是非常敏感的，根据可靠性理论10度法则，从室温起，温度每升高10度，寿命减半，所以逆变器散热设计非常重要。
1、逆变器中的元器件都有额定的工作温度，如果逆变器散热性能比较差，当逆变器持续工作时，元器件的热量一直在腔体内部汇集，其温度会越来越高。温度过高会降低元器件性能和寿命，机器容易出现故障。
2、逆变器工作时发热，产生功率损耗是无法避免的，例如5kW的一台的逆变器，其系统热损耗约为75-125W，影响发电量。需要通过优化的散热设计，可以降低散热损耗。
二、逆变器散热的几种方式
目前，逆变器的散热技术包括自然冷却、强制风冷、液冷等。主要应用形式为自然冷却和强制风冷。
1、自然散热：自然散热是指不使用任何外部辅助能量，让局部发热器件向周围环境散热，从而实现温度控制，自然散热适用于对温度控制要求不高的低功耗器件。
2、强制风冷：强制散热的冷却方法主要是借助于风扇，从而将器件散发出的热量带走的一种方法。目前，散热器的材料主要是用铝或铜。
三、怎样给逆变器选择合适的散热方式
一般情况下，电子器件允许的工作温升在40-60℃之间。在温升60℃的情况下，自然冷却最大能够承担0.05W/cm2的热流密度。而当热流密度大于0.05W/cm2时，强制风冷散热方式，在经济和性能层面上，是一种很好的选择。如果热流密度继续增大时，则需要液冷等其他散热方法。
所以几MW的风能变流器，一般都选择液冷的散热方式;在100KW-1MW的集中型光伏逆变器，一般都采用强制风冷;当功率小于20KW的组串式逆变器，采用自然冷却性价比最佳。当大于25KW时，强制风冷是较经济的方式。
四、逆变器散热设计（散热面积越大效果越好）
逆变器本身是一个发热源，所有的热量都要及时散发出来，不能放在一个封闭的空间，否则温度会越升越高。逆变器要放在一个空气流通的空间，要尽量避免阳光直射。多台逆变器装在一起时，为了避免相互影响，逆变器和逆变器之间要留有足够的距离。
整体风道设计/风道设计的基本原则如下：
出口风道保证热气流能顺利排出；
尽量扩大穿过散热器热齿间的空气流速和流量;
减少风道风阻
五、最新的散热技术
随着电子技术的不断发展，逆变器在散热方面获得了很大的发展：
分腔管理：逆变器中最易受温度影响的器件是运放，传感器、电解电容等，电感、电缆、功率开关管等比较耐高温，可以通过分腔的方法隔开发热的元器件，将发热器件功率，比如电感放在逆变器的外面，降低机箱内温度。同时可以采用整体式外壳结构，散热器与外壳直接紧密相结，让铝合金外壳通过两条路径来进行散热，从而达到降低元器件温度和逆变器内部温度的效果，保证了元器件和逆变器更长的使用寿命。
散热的仿真技术：利用仿真软件可较真实地模拟系统的热状况，在设计过程中就能预测到各元器件的工作温度值，这样就可纠正不合理的逆变器结构布局，从而缩短设计的研发周期，降低成本，提高产品的一次成功率。
新的散热材料的应用：譬如钢制散热器、铝合金散热器、铜制散热器、铜铝复合散热器、钢铝复合散热器、不锈钢散热器等。
新型热管散热技术：热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。
六、总结
从上文可以看出，散热不仅关系到逆变器的性能和寿命，同时还关系到用户的发电量。在评估逆变器的性能时，其是不可忽视的重要一环，逆变器要在散热方面采用优良的散热设计，保证逆变器的低损耗和长使用寿命。其中17KW以下采用自然散热的方式，17KW以上包含17KW采用强制风冷的散热方式，采用NMB的风扇，防护等级IP68。
NMB 技术提供业界最高的入口保护（IP）额定冷却风扇--IP68/IP69K适用于户外应用和其他场合恶劣的环境，提供防尘和防腐蚀保护、防止强大的高温水射流。这些40mm至172mm IP68/IP69K级防护风扇可提供12V、24V或48V的转速输出，用于速度监控。风机配备NMB精密加工滚珠轴承，不锈钢外圈和不锈钢球或陶瓷球轴承，使用寿命长，可靠性高。且以上防护等级都是NMB自己的工厂加工,既能保证品质，又能保证交期。
武汉匡旭电子科技有限公司，成立于2018年6月，为NMB特约经销商，专业销售NMB全系列产品。
