華為光伏逆變器可靠性分析

1、華為光伏逆變器可靠性分析太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)通常直接暴露在室外環(huán)境工作， 經(jīng)常遇到高溫、 高 寒、高濕、大風(fēng)沙，淋雨，鹽霧等惡劣氣象條件。華為可靠性實(shí)驗(yàn)室 業(yè)界首創(chuàng)開(kāi)發(fā)出了溫度、濕度、腐蝕性粉塵三綜合應(yīng)力試驗(yàn)設(shè)備，使 得逆變器產(chǎn)品在惡劣場(chǎng)景應(yīng)用具有卓越的適應(yīng)能力。針對(duì)戶(hù)外應(yīng)用， 采用高溫、淋雨、帶電溫循、外場(chǎng)暴露等加速方法，驗(yàn)證了逆變器的 長(zhǎng)期可靠性，保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。1. 溫變影響機(jī)理溫度不同， 材料結(jié)構(gòu)的分子運(yùn)動(dòng)的速度不同， 在不同材料之間就 出現(xiàn)膨脹系數(shù)、熱傳遞性能的匹配差異， 容易導(dǎo)致部件的卡緊件松弛。 IGBT模塊和散熱器之間的熱不匹配、不同材料的收縮或膨脹率不同， 可誘發(fā)部件的變形或

2、破裂、表面涂層開(kāi)裂、氣密性變差或泄漏、絕緣 保護(hù)失效等。通常溫度變化慢，影響不明顯。急劇的溫度變化可能會(huì) 暫時(shí)或永久的影響設(shè)備的正常工作。同時(shí)溫度的快速變化，容易在單板，機(jī)殼等位置形成凝露，結(jié)水 或結(jié)冰等現(xiàn)象，這對(duì)逆變器的運(yùn)行帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。2. 溫變影響案例影響逆變器溫度的主要是地域溫差、晝夜溫差、季節(jié)溫差、天氣 變化如太陽(yáng)、風(fēng)、雨等形成的溫差。同時(shí)自然散熱在熱源和器件、外 殼之間也形成溫差， 導(dǎo)致逆變器個(gè)部件之間形成溫差。 在北方地區(qū)冬 季溫度較低，很多地方低于-20 C,夏季溫度超過(guò)40C,晝夜溫差20C、 季節(jié)溫差60C，同時(shí)逆變器外殼的溫升在 2030C，內(nèi)部IGBT的溫 升在405

3、0C。這樣容易在內(nèi)部腔體內(nèi)形成溫度差和各個(gè)部位的溫度 差，并且溫度變化頻繁，這些對(duì)產(chǎn)品材料的選擇提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外早晚開(kāi)機(jī)功率輸出， 突變的陣雨及惡劣的天氣變化， 溫變速 率大，容易在一些部件上形成凝露，這也將影響逆變器的安全運(yùn)行。3. 應(yīng)對(duì)解決方案產(chǎn)品設(shè)計(jì)上要考慮溫差的影響， 同時(shí)考慮凝露風(fēng)險(xiǎn)， 如單板集中、 涂覆保護(hù)、 內(nèi)部風(fēng)扇散熱等多項(xiàng)措施。 在驗(yàn)證方面一般采用高溫淋雨 試驗(yàn)和PTC帶電溫循試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證整機(jī)性能，作為查找薄弱點(diǎn)的主要方 法。同時(shí)通過(guò)外場(chǎng)暴露來(lái)補(bǔ)充驗(yàn)證嚴(yán)酷環(huán)境的長(zhǎng)期適應(yīng)能力。設(shè)計(jì)中考慮溫度均衡、 溫差分布連續(xù)，防止內(nèi)部形成明顯的溫差， 從而平衡內(nèi)部單板溫度。 提高產(chǎn)品對(duì)溫

4、變的適應(yīng)性。 通過(guò)熱仿真的方 法分析散熱器、內(nèi)部功率管、PCB單板器件等的熱數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)中使熱 平衡均勻分配。4. 試驗(yàn)驗(yàn)證方法4.1 高溫淋雨試驗(yàn)4.1.1 高溫淋雨試驗(yàn)的場(chǎng)景分析淋雨試驗(yàn)室在高溫、 高濕的條件下，通過(guò)冷水直接沖淋試驗(yàn)樣品， 讓樣品外部快速降溫，此不僅是驗(yàn)證試驗(yàn)樣品的 IP 防護(hù)等級(jí)，同時(shí) 也是驗(yàn)證內(nèi)部凝露的風(fēng)險(xiǎn)。 一般通過(guò)內(nèi)部貼濕度試紙的形式來(lái)檢查內(nèi) 部是否發(fā)生凝露。 同時(shí)也可進(jìn)行帶電試驗(yàn)， 檢測(cè)逆變器在高溫淋雨時(shí) 是否得到保護(hù)或失效。夏天在高濕特別是在熱帶雨林地區(qū)使用的時(shí)候模塊內(nèi)部容易有 凝露情況發(fā)生，通過(guò)淋雨試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn) IP65 等級(jí)的抗凝露能力，優(yōu)化 內(nèi)部單板設(shè)計(jì)。正常

5、使用時(shí)，模塊內(nèi)絕對(duì)濕度變化非常小，而下雨天 模塊內(nèi)的平均溫變速率已大于了 4 度/ 分鐘，加上風(fēng)速影響，溫變率 會(huì)進(jìn)一步加大。4.1.2 高溫淋雨試驗(yàn)方法在專(zhuān)用的淋雨箱保持10H,自動(dòng)開(kāi)啟噴水，同時(shí)溫箱開(kāi)始降低， 功率開(kāi)始關(guān)閉，噴水 0.5H 后，開(kāi)啟功率， 10 分鐘后，關(guān)閉噴水，在 噴水快速降溫的過(guò)程中，關(guān)閉逆變器的功率，能提高溫變率，兼容逆 變器內(nèi)部損耗影響。如此循環(huán)10次，時(shí)間168H.試驗(yàn)過(guò)程中檢測(cè)功 率運(yùn)行機(jī)器情況。試驗(yàn)完成后開(kāi)箱檢查試紙情況。4.2PTC帶電溫循試驗(yàn)4.2.1 快速溫循的場(chǎng)景分析PowerandTemperatureCyclingTest ：帶電溫循測(cè)試帶電溫循測(cè)

6、試的目的是為了暴露產(chǎn)品在不同溫度條件長(zhǎng)期運(yùn)行 時(shí)的潛在缺陷。通過(guò)循環(huán)的快速溫變加速產(chǎn)品在實(shí)際的場(chǎng)景的高低溫 的變化， 驗(yàn)證產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和長(zhǎng)期可靠性的主要方法， 特別是 材料的熱匹配特性。通過(guò)帶電運(yùn)行的方式， 能實(shí)時(shí)的檢測(cè)逆變器狀態(tài)。4.2.2PTC 帶電溫循試驗(yàn)方法業(yè)界大部分試驗(yàn)最多用300C YCLE由于逆變器的特殊性，每天都 在溫變，壽命期內(nèi)的溫變光晝夜溫變次數(shù)為 365*25=9125 次，采用 1000CYCLE勺加速驗(yàn)證是必要。最低溫度到-40 C,高溫到80C，溫 變15C /分鐘，具體的參考下面的試驗(yàn)時(shí)序曲線(xiàn)圖。高溫和低溫停留時(shí)間根據(jù)產(chǎn)品自身的熱容特性選擇， 對(duì)于密閉型較大

7、樣品建議選擇1H以上。在高溫和低溫過(guò)程中，可進(jìn)行多次的上 電和下電試驗(yàn)測(cè)試。驗(yàn)證低溫和高溫啟動(dòng)性能。在高溫段，可增加多 次上電下電操作（間隔時(shí)間大于逆變器并網(wǎng)最小間隙時(shí)間）。試驗(yàn)完成后可對(duì)內(nèi)部單板進(jìn)行檢查， 還要求對(duì)內(nèi)部單板， 功率管 進(jìn)行檢查，看是否存在裂縫，焊接不良，器件的封裝和本體無(wú)開(kāi)裂現(xiàn) 象，塑料無(wú)明顯的變形等。 檢查完成后可進(jìn)行完成的電特性測(cè)試，分 析試驗(yàn)前后特性是否沒(méi)有明顯的劣化。4.3 外場(chǎng)暴露4.3.1 外場(chǎng)暴露的場(chǎng)景分析外場(chǎng)暴露可讓逆變器在太陽(yáng)光照下直接照射， 比專(zhuān)門(mén)的模擬光照 試驗(yàn)更接近實(shí)際場(chǎng)景。 為了更好的模擬實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)， 放到沿海地區(qū)爆 曬不僅綜合驗(yàn)證了抗潮濕、抗鹽霧、

8、抗太陽(yáng)暴曬能力。海南萬(wàn)寧是一 個(gè)比較理想的暴露外場(chǎng)， 其有高溫、高濕、高鹽。此地區(qū)臺(tái)風(fēng)、 降雨、 高溫交變明顯。在夏天，最高溫度到 35C，機(jī)器外殼到60C以上， 在突變的下雨條件下，外殼降低30C。海邊外場(chǎng)是一個(gè)咸濕、淋雨、 快速溫變綜合試驗(yàn)，能更好的驗(yàn)證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。4.3.2 外場(chǎng)暴露試驗(yàn)方法選擇海邊350M的試驗(yàn)區(qū)。通過(guò)支架斜掛固定架，接入專(zhuān)用的模 擬的PV直流源，監(jiān)控系統(tǒng)，直接和電網(wǎng)并網(wǎng)。每周對(duì)逆變器的狀態(tài) 進(jìn)行巡檢，觀察其發(fā)電量， 內(nèi)部溫度的主要參數(shù)。外場(chǎng)暴露是一個(gè)開(kāi) 放的資源環(huán)境，試驗(yàn)站每天記錄濕度、溫度、分析鹽分含量。模擬逆 變器運(yùn)行，每天早上 7：00開(kāi)機(jī)，并網(wǎng)輸出功率， 晚

9、上 7：00后待機(jī)， 關(guān)閉功率輸出。試驗(yàn)周期 1 年以上。5. 總結(jié)華為產(chǎn)品一直重視長(zhǎng)期可靠性， 不僅要求產(chǎn)品按長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)， 還 在材料特性、熱分、材料的匹配等方面進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，積累了豐 富的工程設(shè)計(jì)和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。 同時(shí)，華為具備世界一流的設(shè)備可靠性測(cè) 試實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室，擁有業(yè)界最全的產(chǎn)品全環(huán)境應(yīng)用場(chǎng)景的模擬測(cè) 試能力，以及先進(jìn)的可靠性測(cè)試能力， 包括氣候、機(jī)械、室外風(fēng)吹雨、 太陽(yáng)輻射、結(jié)冰等全場(chǎng)景測(cè)試能力，領(lǐng)先 HALT測(cè)試、加速灰塵腐蝕 等可靠性能力。任何華為的產(chǎn)品均需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量測(cè)試。 無(wú)論在寒冷的北冰 洋，還是酷熱的非洲，無(wú)論是海邊的高鹽霧環(huán)境，還是西北的沙漠地 區(qū)，華為的產(chǎn)品經(jīng)受了自然界惡劣嚴(yán)格的考驗(yàn)，屹立不倒。光伏逆