1、引言

隨著分布式光伏的大力發(fā)展，25~60kW功率等級(jí)的組串式逆變器在工商業(yè)屋頂及小型山丘電站上得以廣泛應(yīng)用。為了提高逆變器的散熱性能，延長(zhǎng)逆變器的實(shí)際使用壽命，主流25kW以上功率等級(jí)的組串式逆變器大都采用IP65高防護(hù)能力的戶外型風(fēng)扇散熱。由于組串式逆變器一般就近安裝在組件的下方或旁邊，面臨風(fēng)吹日曬，甚至沙塵等惡劣使用環(huán)境的挑戰(zhàn)，組串式逆變器所配置的外部風(fēng)扇是否能滿足戶外使用所要求的防水、防塵及鹽霧要求呢?筆者接下來(lái)帶領(lǐng)大家對(duì)國(guó)內(nèi)某知名組串式逆變器廠家所選用高防護(hù)戶外風(fēng)扇進(jìn)行深入的剖析。

2、組串式逆變器風(fēng)扇散熱的必要性

《散熱方案選擇主要取決于逆變器功率》一文從理論分析認(rèn)為：當(dāng)組串式逆變器單機(jī)功率大于25kW時(shí)，散熱熱流密度較大，從散熱效果的角度采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式更為適宜?！恫煌岱绞浇M串式逆變器散熱能力調(diào)查》一文則通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比不同散熱方式的兩廠家組串式逆變器散熱能力發(fā)現(xiàn)，在同樣的環(huán)境溫度下，強(qiáng)制風(fēng)冷的逆變器內(nèi)部環(huán)境溫度及核心器件溫度比自然冷卻的逆變器低約20℃左右，強(qiáng)制風(fēng)冷的逆變器散熱性能更優(yōu)，實(shí)際使用壽命更有保障，逆變器可在較高的環(huán)境溫度下滿功率輸出，保證發(fā)電量。國(guó)內(nèi)某光伏電站運(yùn)行狀況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采用自然冷卻方式的組串式逆變器由于散熱性能差，高溫環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)降額運(yùn)行，導(dǎo)致逆變器發(fā)電量損失。再次驗(yàn)證了“當(dāng)組串式逆變器單機(jī)功率大于25kW時(shí)，采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式更為適宜”設(shè)計(jì)觀點(diǎn)的正確性。筆者通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)主流逆變器廠家25kW功率等級(jí)以上的產(chǎn)品大都采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式，如SMA、Sungrow、Delta等，并采用IP65高防護(hù)等級(jí)的戶外型風(fēng)扇，以滿足逆變器IP65防護(hù)等級(jí)前提下，提高逆變器的散熱性能。

3、此風(fēng)扇非彼風(fēng)扇之防護(hù)篇

世界上第一臺(tái)風(fēng)扇起源于1880年，美國(guó)人舒樂(lè)首次將葉片裝在電動(dòng)機(jī)上后接通電源，葉片飛速轉(zhuǎn)動(dòng)，陣陣涼風(fēng)撲面而來(lái)。部分人對(duì)風(fēng)扇印象可能還停留在風(fēng)扇噪音大，防水防塵能力差，線圈容易生銹，使用壽命短，容易壞的階段。但隨著風(fēng)扇使用場(chǎng)合的多樣化，使用環(huán)境對(duì)風(fēng)扇防護(hù)設(shè)計(jì)及壽命不斷提出挑戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)風(fēng)扇廠家的不斷設(shè)計(jì)創(chuàng)新，風(fēng)扇防護(hù)能力及壽命得以大大提高。目前高防護(hù)、長(zhǎng)壽命的戶外型風(fēng)扇已應(yīng)用在通信電信、電力電子等領(lǐng)域。此風(fēng)扇所指為組串式逆變器采用的高防護(hù)戶外風(fēng)扇，而彼風(fēng)扇所指為傳統(tǒng)的普通無(wú)防護(hù)風(fēng)扇或低防護(hù)風(fēng)扇，二者的性能有一定差異，需要對(duì)兩種風(fēng)扇進(jìn)行深入剖析，以改變?nèi)藗儗?duì)風(fēng)扇的固有印象。

3.1、風(fēng)扇高防護(hù)工藝介紹

高防護(hù)戶外風(fēng)扇主要由框架﹑扇葉﹑PCB板、定子、轉(zhuǎn)子、軸承六部分組成。風(fēng)扇防護(hù)工藝主要是針對(duì)內(nèi)部線圈及PCB板上的電子部件進(jìn)行保護(hù)。普通無(wú)防護(hù)風(fēng)扇或低防護(hù)的風(fēng)扇，風(fēng)扇線圈繞組及部分電子器件直接暴露在空氣中，如圖1(a)所示，由于防護(hù)等級(jí)較低，若PCB板上電子器件接觸濕氣或灰塵堆積，極易導(dǎo)致風(fēng)扇失效，同時(shí)風(fēng)扇線圈長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中也會(huì)導(dǎo)致生銹。與低防護(hù)風(fēng)扇的防護(hù)工藝相比，高防護(hù)戶外風(fēng)扇采用環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠對(duì)整個(gè)風(fēng)扇線圈和PCB板進(jìn)行完全密封，杜絕濕氣、灰塵、鹽霧等對(duì)繞組及電子器件的影響，能夠達(dá)到IEC60529標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的IP65以上防護(hù)等級(jí)，完全可以放置在戶外使用，如圖1(b)所示。

圖1 風(fēng)扇的防護(hù)工藝(點(diǎn)擊查看大圖)

為了從實(shí)驗(yàn)的角度再次驗(yàn)證高防護(hù)戶外風(fēng)扇的防護(hù)性能，筆者選取了嶄新的主流高防護(hù)戶外風(fēng)扇以及在某光伏電站使用了3年的高防護(hù)戶外風(fēng)扇作為試驗(yàn)樣品，進(jìn)行防水、防沙塵、防鹽霧能力測(cè)試，通過(guò)檢測(cè)高防護(hù)戶外風(fēng)扇測(cè)試前后的轉(zhuǎn)速、電流、絕緣電阻等核心電氣指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)測(cè)試前后核心電氣指標(biāo)在誤差范圍內(nèi)，完全符合IEC60529標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的IP65防護(hù)等級(jí)的設(shè)計(jì)要求。

3.2、風(fēng)扇防水能力測(cè)試

針對(duì)IPX5防護(hù)等級(jí)的風(fēng)扇，按照IEC60529標(biāo)準(zhǔn)要求在距離機(jī)殼表面2.5米到3米的范圍內(nèi)使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試噴嘴從所有可行方向?qū)︼L(fēng)扇樣品進(jìn)行噴濺，水流量在12.5升/分鐘，最短測(cè)試持續(xù)時(shí)間3分鐘。測(cè)試結(jié)束后，對(duì)風(fēng)扇核心電氣指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，誤差在范圍內(nèi)，將風(fēng)扇拆分內(nèi)部無(wú)進(jìn)水痕跡。

圖2 防水能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)

3.3、風(fēng)扇防塵能力測(cè)試

針對(duì)IP6X防護(hù)等級(jí)的風(fēng)扇，按照IEC60529標(biāo)準(zhǔn)將風(fēng)扇樣品置于密封的沙塵箱內(nèi)，沙塵箱內(nèi)充滿了被攪動(dòng)起來(lái)的直徑大小在50μm至75μm之間的滑石粉，測(cè)試時(shí)間為8小時(shí)。測(cè)試結(jié)束后，同樣對(duì)風(fēng)扇核心電氣指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，誤差在范圍內(nèi)，拆分后風(fēng)扇定子、轉(zhuǎn)子完好，無(wú)沙塵侵入內(nèi)部軸承及PCB板等關(guān)鍵區(qū)域。

圖3 防塵能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)