温度对光伏逆变器的寿命影响分析

温度对光伏组件的影响非常大，这也是被大家广泛认知的。

光伏组件一般有3个温度系数：开路电压、峰值功率、短路电流。当温度升高时，光伏组件的输出功率必然会下降!因此，温度折减是对系统效率影响非常大的一项因素。局部温度过高，会产生热斑，影响光伏组件的寿命。

然而，温度对逆变器的寿命有多大影响?了解这个的人是就不是很多了。

为了验证温度对逆变器的寿命影响，设计了如下实验。

1、实验方法与条件

实验条件：480V 直流电压、400V 交流电压、50℃环境温度;

实验样本：分别为30kW风冷逆变器(样本1)、20kW自然冷却逆变器(样本2)。

实验目的：通过测试温度对逆变器关键元器件寿命的影响，来说明温度对逆变器整体寿命的影响。

2、实验方法与条件

两个样本在实验条件下满载稳定运行，测试收集设备内部各关键元器件温度值如下表。

表1：实验条件下各关键元器件的温度

1温度对膜电容寿命的影响

根据对样本产品的内部温度实测数据，假定纹波电流相同，则工作电压(Vw)与额定电压(Vn)的比值(Vw/ Vn)与膜寿命的关系如图1所示。

图1：膜电容寿命与温度关系曲线

从上图我们可以看出，在不同温度、不同Vw/ Vn值下，膜电容的寿命。

表2：实验条件下各关键元器件的温度

说明：由于不满负荷运转时膜电容达不到上述温度，根据我国资源条件，按照年满负荷2200h的保守值进行考虑，实际寿命应该大于上表中的数值。

可见，若膜电容的工作温度由70℃上升到85℃时，寿命大概下降到原来的1/3~1/5，寿命随Vw/ Vn值得升高而降低。当Vw/ Vn<1.1时，样本1的寿命基本可达到25年，过载会降低其寿命;而样本2由于温度太高，寿命均未达到25年。

2温度对模块寿命的影响

模块作为逆变器最为核心器件，其工作时内部结温直接影响使用寿命，图2 是英飞凌提供的晶元结温与寿命对应关系曲线。

图2：模块寿命与结温的关联曲线

根据表1中样本1和样本2模块的内部温度，推算出模块结温和两者模块寿命对比如表3(推算过程专业性强，这里不在赘述)。

表3：模块温度和寿命的影响

由上表可见，在实验条件下，关键器件模块，温度较低的样本1寿命是温度较高的样本2的1.7倍，但均未达到25年的预期寿命。

3温度对风扇寿命的影响

风扇是成熟的工业器件，应用于样本1的风冷逆变器的是NMB 风扇，防护等级为IP65，可在任何灰尘环境下，甚至完全浸入水中正常工作。图3 为NMB 风扇寿命曲线。

根据图3，以逆变器运行的最高环境温度50 ℃计算，正常运行时间为60319 小时。通过智能强制风冷控制，只有逆变器的模块温度达到70℃以上，风扇才会满转，在正常一天内，满足满转条件的时间大概在6h左右，折合27.5 年。另外，考虑雨天、以及环境温度低于50℃等因素，风扇的运行寿命将更长。

3、小结

在实验条件下(480V 直流电压、400V 交流电压、50℃环境温度)，由于样本1和样本2冷却方式不同，造成关键器件寿命有较大的差异。

对于膜电容，当Vw/ Vn<1.1时，样本1的寿命基本可达到25年，过载会降低其寿命;而样本2由于温度太高，寿命均未达到25年。

对于模块，样本1寿命是样本2的1.7倍，但均未达到25年的预期寿命。

对于风扇，为成熟的工业器件，寿命可以达到25年以上。

综上所述，在集装箱式逆变器、自然冷却式逆变器等新技术广泛应用时，应该充分考虑这些新技术对于散热的影响，对于逆变器寿命的影响。