作者：陽光電源 嚴信

逆變器散熱技術包括自然冷卻、強制風冷、液冷和相變冷卻等形式。各種形式的工作原理和特點，如表1所示。

研究表明，強制風冷的散熱效率是自然冷卻的10~20倍，更高效的散熱方式還有液冷。從結(jié)構復雜程度和實現(xiàn)的難易程度來看，強制風冷散熱系統(tǒng)比液冷系統(tǒng)簡單、容易實現(xiàn)、可靠性高。因而，在電源行業(yè)首選強制風冷散熱方式，其次考慮自然冷卻、液冷等散熱方式。


圖1 散熱方式與熱流密度的關系（注：圖片引自美國內(nèi)華達大學YunusA.Cengel教授所著《Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications》一書）

熱流密度是指單位時間內(nèi)，通過物體單位橫截面積上的熱量。如圖1所示，在同等允許溫升范圍內(nèi)，系統(tǒng)熱流密度越大，所需的散熱方式越苛刻。

通常情況，電子元器件允許工作溫升在40~60℃范圍內(nèi)。在溫升60℃的允許上限條件下，自然冷卻可承擔最大熱流密度為0.05W/cm2。當熱流密度大于0.05W/cm2時，通過一些特殊手段可是自然冷卻勉強提高散熱效果，但需要犧牲工作性能、器件壽命或經(jīng)濟性等作為代價。在熱流密度大于0.05W/cm2時，采用強制風冷散熱方式，可得到令人滿意的綜合性能和經(jīng)濟性。當熱流密度繼續(xù)增大時，則需要選擇液冷等其他散熱方式。對于功率都在幾MW的大型風能變流器，散熱方式都是選用液冷；功率在100KW到1MW之間的集中型光伏逆變器，散熱方式為強制風冷；而功率從幾千瓦到幾十千瓦的組串式光伏逆變器，則根據(jù)單機功率的從小到大，散熱設計也從自然散熱提升到強制風冷散熱。


將理論分析轉(zhuǎn)換為實際產(chǎn)品在散熱方案上的比較選擇，科學指導組串型光伏逆變器在產(chǎn)品設計上的散熱方案應用。如圖2所示，當功率小于20kW時，采用自然冷卻可實現(xiàn)產(chǎn)品體積、重量與綜合性能的最優(yōu)匹配；當功率大于25kW時，散熱熱流密度較大，強制風冷則是比較經(jīng)濟、高效的實用手段；當功率在20kW至25kW之間，采用自然冷卻和強制風冷所產(chǎn)生的綜合性價比相當。市面上不同功率段逆變器所采用的散熱方式如表2所示。

表2 不同功率逆變器所采用的散熱方式

總結(jié)：散熱技術包括自然冷卻、強制風冷、液冷、相變冷卻等形式，主要根據(jù)逆變器的功率進行選用。

組串式光伏逆變器一般工作在70℃以上的屋頂戶外環(huán)境，高溫環(huán)境下系統(tǒng)散熱對產(chǎn)品的性能和壽命影響尤為重要。功率在20kW以下的逆變器，可以采用自然冷卻方式；而功率在25kW以上的逆變器，采用強制風冷方式更為適宜。