影響光伏逆變器使用壽命的因素

1、器件壽命

逆變器從廣義上面屬于開關電源，所以其組成器件基本上可以分為電阻、電容、二極管、功率器件（IGBT或者MOS管）、電感和變壓器、電流傳感器、IC、光耦、繼電器等。

電阻、貼片電容和瓷片電容的使用壽命一般都可以達到20年以上，電感和變壓器在設計時，只要不超過其材料溫度，理論上認為是可以長期工作而不失效的；小功率的二極管，三極管基本可以工作10萬小時以上；繼電器的機械壽命一般在100萬次以上，電氣壽命大于1萬次；功率器件IGBT或者MOS只要滿足設計規(guī)格，一般也不考慮壽命。風扇和保險絲屬于易損元器件，對逆變器壽命不會造成影響，壞了只需及時更換就可以；薄膜電容的壽命是10萬小時以上，電解電容壽命在105℃情況下一般在2000-3000H，壽命長的也只有5000-6000H，但是隨著溫度每降低10℃，壽命翻倍。所以在逆變器里面，器件最大的短板在電解電容壽命方面。

2、設計因素

器件的壽命是保證逆變器壽命的基礎因素，然而優(yōu)良的設計是保證逆變器壽命的核心因素。那么哪些設計因素會嚴重影響逆變器的壽命而在短時間內難以被察覺呢？

溫度是影響逆變器壽命的重要因素之一，尤其是電解電容和光耦這些元器件，溫度每升高10℃，電解電容的壽命減少一半，過高的溫度，也會加速光耦的光衰，然而IGBT的驅動一般都是用光耦，所以光耦的失效會造成IGBT的損壞。

繼電器在零電流切換的時候，壽命達100萬次，然而隨著切換時電流的增大，壽命幾乎成指數形式衰減，精準的軟件控制使繼電器在零電流角度切換是保證繼電器壽命的關鍵因素。

逆變器工作環(huán)境一般都比較惡劣，受干擾因素很多，如電網質量差，當地感性負載比較大等等，如果逆變器保護功能和EMC設計不好，則很容易受到外界的干擾，一旦IGBT驅動受到干擾，則很容易導致其誤導通引起炸機。

3、綜合因素

雖然組串式逆變器是IP65的防護等級，可以安裝室內和室外，但是安裝環(huán)境的好壞對逆變器的壽命也是有很大影響的。如果逆變器安裝在陽光直射、濕度、酸堿度較大的環(huán)境會使得逆變器的壽命減少，而且在暴曬的環(huán)境下會容易引起逆變器過溫降載從而影響發(fā)電量。所以選擇適宜的安裝環(huán)境也是保證逆變器壽命的關鍵因素。

5年前20kw的逆變器大約2萬左右，目前20kw的逆變器只需要1萬不到，而且隨著逆變器的長時間使用，元器件的老化，損耗的加大，效率將會有所降低，同時隨著技術的不斷創(chuàng)新，逆變器的功能也會越來越強大，價格越來越便宜，轉換效率也越來越高，所以真有問題還不如直接換臺新的。

逆變器為什么要散熱

逆變器作為一款電力電子設備，和所有電子產品一樣都面臨溫度帶來的挑戰(zhàn)。

所有電子產品失效案例中，其中有高達55%的比例是溫度原因造成的。

逆變器內部的電子元器件對溫度同樣是非常敏感的，根據可靠性理論10度法則，從室溫起，溫度每升高10度，壽命減半，所以逆變器散熱設計非常重要。

逆變器散熱的幾種方式

逆變器散熱系統(tǒng)主要包括散熱器、冷卻風扇、導熱硅脂等材料。

目前逆變器散熱方式主要有兩種：一是自然冷卻，二是強制風冷。

1）自然冷卻

自然冷卻是指不使用任何外部輔助能量的情況下，實現局部發(fā)熱器件向周圍環(huán)境散熱達到溫度控制的目的，這其中通常都包含了導熱、對流和輻射三種主要傳熱方式，其中對流以自然對流方式為主。

自然散熱或冷卻往往適用對溫度控制要求不高、器件發(fā)熱的熱流密度不大的低功耗器件和部件，以及密封或密集組裝的器件不宜（或不需要）采用其它冷卻技術的情況下。

目前市場上主流的單相逆變器和20kW以下的三相逆變器，大部分廠家均采用自然冷卻方式。

2）強制風冷

強制風冷主要是借助于風扇等強迫器件周邊空氣流動，從而將器件散發(fā)出的熱量帶走的一種方法。

這種方法是一種操作簡便、收效明顯的散熱方法。

如果部件內元器件之間的空間適合空氣流動或適于安裝局部散熱器，就可盡量使用這種冷卻方法。

提高這種強迫對流傳熱能力的方法，增大散熱面積和在散熱表面產生比較大的強迫對流傳熱系數。增大散熱器表面的散熱面積來增強電子元器件的散熱，在實際工程中得到了非常廣泛的應用。

工程中主要是采用肋片來擴展散熱器表面的散熱面積以達到強化傳熱的目的。散熱器本身材料的選擇跟其散熱性能有著直接的關系。

目前，散熱器的材料主要是用銅或鋁，其擴展換熱面經折疊鰭/沖壓薄鰭等工藝制成。

3）兩種散熱方式對比

自然散熱沒有風扇，噪聲低，但散熱速度慢，一般用于小功率的逆變器；

強制風冷要配置風扇，噪聲大，但散熱速度快，一般用于大功率的逆變器；

在中功率的組串式逆變器，兩種方式都有。

通過組串式逆變器散熱能力對比實驗發(fā)現，50kW功率等級以上的組串式逆變器，強制風冷的散熱效果要優(yōu)于自然冷卻散熱方式，逆變器內部電容、IGBT等關鍵部件溫升降低了20℃左右，可確保逆變器長壽命高效工作；

而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高，元器件壽命降低。

強制風冷也有采用高速風扇和中速風扇兩種。

采用高速風扇可以減少散熱器的體積和重量，但會增加噪聲，風扇壽命也比較短；

采用中等調速風扇，散熱器稍微大一些，但是在低功率時，風扇不轉；

在中功率時風扇低速運行。

實際是逆變器滿功率運行時間不是很多，因此風扇的壽命可以很長。

最新的散熱技術

隨著電子技術的不斷發(fā)展，逆變器在散熱方面獲得了很大的發(fā)展：

（1）分腔管理：逆變器中最易受溫度影響的器件是運放，傳感器、電解電容等，電感、電纜、功率開關管等比較耐高溫，可以通過分腔的方法隔開發(fā)熱的元器件，將發(fā)熱器件功率，比如電感放在逆變器的外面，降低機箱內溫度。同時可以采用整體式外殼結構，散熱器與外殼直接緊密相結，讓鋁合金外殼通過兩條路徑來進行散熱，從而達到降低元器件溫度和逆變器內部溫度的效果，保證了元器件和逆變器更長的使用壽命。

（2）散熱的仿真技術：利用仿真軟件可較真實地模擬系統(tǒng)的熱狀況，在設計過程中就能預測到各元器件的工作溫度值，這樣就可糾正不合理的逆變器結構布局，從而縮短設計的研發(fā)周期，降低成本，提高產品的一次成功率。

（3）新的散熱材料的應用：譬如鋼制散熱器、鋁合金散熱器、銅制散熱器、銅鋁復合散熱器、鋼鋁復合散熱器、不銹鋼散熱器等。

（4）新型熱管散熱技術：熱管是一種具有極高導熱性能的新型傳熱元件，它通過在全封閉真空管內的液體的蒸發(fā)與凝結來傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到良好的制冷效果。具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、溫度可控制等特點。

系統(tǒng)安裝時要注意散熱方面的事情

逆變器本身是一個發(fā)熱源，所有的熱量都要及時散發(fā)出來，不能放在一個封閉的空間，否則溫度會越升越高。

逆變器要放在一個空氣流通的空間，要盡量避免陽光直射。

多臺逆變器裝在一起時，為了避免相互影響，逆變器和逆變器之間要留有足夠的距離。

原標題：怎樣提高光伏逆變器使用壽命？