環(huán)境適應(yīng)性是指裝備(產(chǎn)品)在其壽命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實現(xiàn)其所有預(yù)定功能、性能和(或)不被破壞的能力,是一項重要的質(zhì)量特性??梢?strong>環(huán)境適應(yīng)性有兩個要素,一個是產(chǎn)品(內(nèi)因),一個是環(huán)境(外因),環(huán)境適應(yīng)性是連接二者的“橋梁”。相同的產(chǎn)品在不同的環(huán)境下具有不同的環(huán)境適應(yīng)性,不同的產(chǎn)品在相同的環(huán)境下也會具有不同的環(huán)境適應(yīng)性。環(huán)境適應(yīng)性是裝備質(zhì)量特性之一,產(chǎn)品一旦定型,其選用的材料、元器件、結(jié)構(gòu)組成和選用的工藝已經(jīng)固化,對于既定的環(huán)境剖面其環(huán)境適應(yīng)性就是固定的了??梢姡h(huán)境適應(yīng)性是產(chǎn)品固有的質(zhì)量特性,是由設(shè)計和制造來決定的,是由試驗和管理來保證的。
a) 選用材料、元器件的環(huán)境適應(yīng)性。
b) 結(jié)構(gòu)設(shè)計水平,包括熱設(shè)計、抗振、防沖擊、防腐蝕、PCB布局等設(shè)計水平。
c) 制造工藝水平,包括結(jié)構(gòu)件、部件、元器件、單板防護的工藝水平。
太陽能發(fā)電系統(tǒng)通常直接暴露在室外環(huán)境工作,經(jīng)常會遇到高溫、高寒、高濕、風(fēng)沙,淋雨,鹽霧等惡劣氣象條件,光伏并網(wǎng)逆變器作為整個光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,承擔(dān)電流轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)通訊、故障診斷與保護等重要作用。光伏并網(wǎng)逆變器必須能夠適應(yīng)不同運行環(huán)境,特別是在惡劣環(huán)境下依舊能穩(wěn)定運行。
光伏并網(wǎng)逆變器面臨的溫度挑戰(zhàn)主要來自運行環(huán)境的晝夜溫差、季節(jié)性溫差、天氣變化和自身發(fā)熱等形成的溫差。在北方很多地區(qū)冬季溫度低于-20℃,夏季溫度超過40℃,晝夜溫差大、季節(jié)溫差大,逆變器外殼的和內(nèi)部的溫升變化不一致,容易在內(nèi)部腔體內(nèi)形成溫度差,溫度變化頻繁,對產(chǎn)品設(shè)計、元器件的選擇都是個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。運行在沿海、涂灘等潮濕環(huán)境下的逆變器,還面將臨腐蝕效應(yīng)帶來的風(fēng)險。
下面讓我們來揭秘MAX系列光伏并網(wǎng)逆變器的環(huán)境適應(yīng)性是如何打造的?
MAX系列光伏并網(wǎng)逆變器
采用單板集中、三防漆涂覆保護、風(fēng)扇散熱等多項應(yīng)對措施確保器件內(nèi)部溫度相對平衡,降低溫差和凝露風(fēng)險。在設(shè)計中通過軟件熱設(shè)計仿真,分析散熱器、內(nèi)部功率管、電容等器件的熱數(shù)據(jù),合理布局,采用內(nèi)部風(fēng)道祛除遠端器件的高溫風(fēng)險,平衡箱體內(nèi)部的環(huán)境溫度,如圖1-1所示。
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圖1-1 MAX系列產(chǎn)品內(nèi)部散熱原理圖
光伏并網(wǎng)逆變器遭遇高溫環(huán)境可能會導(dǎo)致逆變器降額運行甚至停運,遭遇低溫環(huán)境可能會導(dǎo)致逆變器無法啟動或者元器件損壞,因此為了保證光伏并網(wǎng)逆變器能適應(yīng)各種惡劣氣候環(huán)境,選用品質(zhì)可靠,高低溫適應(yīng)性強的元器件就變得至關(guān)重要。
表2-1 MAX系列產(chǎn)品關(guān)鍵元器件品牌及工作溫度范圍
光伏并網(wǎng)逆變器在高溫高濕地區(qū)使用的時候,要考慮到絕緣降低的影響,機器內(nèi)部的凝露情況,通過恒定濕熱試驗來檢驗?zāi)孀兤髟诟邼癍h(huán)境下的工作適應(yīng)性,利用交變濕熱試驗來檢驗?zāi)孀兤鞯目鼓赌芰?。測試時將逆變器置于恒溫恒濕箱中,設(shè)置恒溫恒濕箱的溫度為50℃,濕度設(shè)置為95%,滿載運行持續(xù)測試48小時后逆變器基本功能、性能無異常,通訊保持正常。
圖3-1 MAX系列產(chǎn)品恒定濕熱試驗
光伏并網(wǎng)逆變器在一些嚴(yán)寒的氣候條件下運行時,暴露于低溫環(huán)境中,由于低溫會改變其組成材料的物理特性,因此可能會對其工作性能造成暫時或永久性的損害。所以,除了元器件選擇要耐低溫外,在測試驗證時必須要做整機的低溫運行和儲存試驗。
低溫儲存測試時將樣機放在高低溫試驗箱中,設(shè)置恒定溫度為-40℃,存儲至少24小時后要能正常上電啟動。低溫運行測試時設(shè)置高低溫試驗箱為-40℃,樣機能正常并網(wǎng)運行。
圖3-2 MAX系列產(chǎn)品低溫運行及存儲試驗
在一些沿海地區(qū)鹽霧和高濕環(huán)境中,電氣設(shè)施容易產(chǎn)生腐蝕問題,嚴(yán)重影響到電站的安全可靠以及長期的運行。因此,光伏并網(wǎng)逆變器在測試驗證過程中要進行嚴(yán)格的鹽霧環(huán)境測試,包括中性鹽霧實驗和交變鹽霧實驗等項目測試,測試完后產(chǎn)品外殼未出現(xiàn)涂層起泡或掉落,其它部件材料未出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕,應(yīng)力腐蝕等,最后逆變器能正常上電。
圖3-3 MAX系列產(chǎn)品鹽霧實驗
為了更好的驗證現(xiàn)場運行情況,把光伏并網(wǎng)逆變器放到實際的電站中進行長期的測試和觀察是必要的。測試逆變器安裝在沿海地區(qū)某工廠的屋頂暴露外場,在夏天最高溫度可達38℃,機器外殼到60℃以上,在突變的下雨時,外殼降低約30℃,這種快速溫變綜合試驗,能更好的驗證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
圖3-4 MAX系列產(chǎn)品長期實地驗證
除了環(huán)境適應(yīng)性,產(chǎn)品的質(zhì)量特性還有可靠性、保障性、測試性、安全性、維修性等,相對而言,環(huán)境適應(yīng)性是產(chǎn)品最基礎(chǔ)的質(zhì)量特性。如果研制的產(chǎn)品不能保證在壽命期內(nèi)極端環(huán)境下能夠生存或發(fā)揮功能及性能,就談不上其他的質(zhì)量特性了。環(huán)境適應(yīng)性越高,可靠性越高,產(chǎn)品故障數(shù)量越少,對綜合保障的要求越低。