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2018年08月14日 | 揭秘：如何打造光伏并网逆变器的环境适应性
2018-08-14 来源：来源：古瑞瓦特
环境适应性是指装备(产品)在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能、性能和(或)不被破坏的能力，是一项重要的质量特性。可见环境适应性有两个要素，一个是产品(内因)，一个是环境(外因)，环境适应性是连接二者的“桥梁”。相同的产品在不同的环境下具有不同的环境适应性，不同的产品在相同的环境下也会具有不同的环境适应性。环境适应性是装备质量特性之一，产品一旦定型，其选用的材料、元器件、结构组成和选用的工艺已经固化，对于既定的环境剖面其环境适应性就是固定的了。可见，环境适应性是产品固有的质量特性，是由设计和制造来决定的，是由试验和管理来保证的。
一般而言，影响产品环境适应性的因素如下：
a) 选用材料、元器件的环境适应性。
b) 结构设计水平，包括热设计、抗振、防冲击、防腐蚀、PCB布局等设计水平。
c) 制造工艺水平，包括结构件、部件、元器件、单板防护的工艺水平。
太阳能发电系统通常直接暴露在室外环境工作，经常会遇到高温、高寒、高湿、风沙，淋雨，盐雾等恶劣气象条件，光伏并网逆变器作为整个光伏系统的关键设备，承担电流转换、系统通讯、故障诊断与保护等重要作用。光伏并网逆变器必须能够适应不同运行环境，特别是在恶劣环境下依旧能稳定运行。
光伏并网逆变器面临的温度挑战主要来自运行环境的昼夜温差、季节性温差、天气变化和自身发热等形成的温差。在北方很多地区冬季温度低于-20℃，夏季温度超过40℃，昼夜温差大、季节温差大，逆变器外壳的和内部的温升变化不一致，容易在内部腔体内形成温度差，温度变化频繁，对产品设计、元器件的选择都是个严峻的挑战。运行在沿海、涂滩等潮湿环境下的逆变器，还面将临腐蚀效应带来的风险。
下面让我们来揭秘MAX系列光伏并网逆变器的环境适应性是如何打造的?
MAX系列光伏并网逆变器
1结构设计
采用单板集中、三防漆涂覆保护、风扇散热等多项应对措施确保器件内部温度相对平衡，降低温差和凝露风险。在设计中通过软件热设计仿真，分析散热器、内部功率管、电容等器件的热数据，合理布局，采用内部风道祛除远端器件的高温风险，平衡箱体内部的环境温度，如图1-1所示。
图1-1 MAX系列产品内部散热原理图
2元器件选型
光伏并网逆变器遭遇高温环境可能会导致逆变器降额运行甚至停运，遭遇低温环境可能会导致逆变器无法启动或者元器件损坏，因此为了保证光伏并网逆变器能适应各种恶劣气候环境，选用品质可靠，高低温适应性强的元器件就变得至关重要。
表2-1 MAX系列产品关键元器件品牌及工作温度范围
3气候环境验证测试
采用温度循环实验、湿热试验和高低温运行实验、盐雾实验等多项测试来验证整机性能，查找薄弱点。
光伏并网逆变器在高温高湿地区使用的时候，要考虑到绝缘降低的影响，机器内部的凝露情况，通过恒定湿热试验来检验逆变器在高湿环境下的工作适应性，利用交变湿热试验来检验逆变器的抗凝露能力。测试时将逆变器置于恒温恒湿箱中，设置恒温恒湿箱的温度为50℃，湿度设置为95%，满载运行持续测试48小时后逆变器基本功能、性能无异常，通讯保持正常。
图3-1 MAX系列产品恒定湿热试验
光伏并网逆变器在一些严寒的气候条件下运行时，暴露于低温环境中，由于低温会改变其组成材料的物理特性，因此可能会对其工作性能造成暂时或永久性的损害。所以，除了元器件选择要耐低温外，在测试验证时必须要做整机的低温运行和储存试验。
低温储存测试时将样机放在高低温试验箱中，设置恒定温度为-40℃，存储至少24小时后要能正常上电启动。低温运行测试时设置高低温试验箱为-40℃，样机能正常并网运行。
图3-2 MAX系列产品低温运行及存储试验
在一些沿海地区盐雾和高湿环境中，电气设施容易产生腐蚀问题，严重影响到电站的安全可靠以及长期的运行。因此，光伏并网逆变器在测试验证过程中要进行严格的盐雾环境测试，包括中性盐雾实验和交变盐雾实验等项目测试，测试完后产品外壳未出现涂层起泡或掉落，其它部件材料未出现电化学腐蚀，应力腐蚀等，最后逆变器能正常上电。
图3-3 MAX系列产品盐雾实验
为了更好的验证现场运行情况，把光伏并网逆变器放到实际的电站中进行长期的测试和观察是必要的。测试逆变器安装在沿海地区某工厂的屋顶暴露外场，在夏天最高温度可达38℃，机器外壳到60℃以上，在突变的下雨时，外壳降低约30℃，这种快速温变综合试验，能更好的验证产品的稳定性。
图3-4 MAX系列产品长期实地验证
除了环境适应性，产品的质量特性还有可靠性、保障性、测试性、安全性、维修性等，相对而言，环境适应性是产品最基础的质量特性。如果研制的产品不能保证在寿命期内极端环境下能够生存或发挥功能及性能，就谈不上其他的质量特性了。环境适应性越高，可靠性越高，产品故障数量越少，对综合保障的要求越低。
史海拾趣
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