解密華為光伏逆變器 可靠性如何煉成？

太陽(yáng)能發(fā)電系統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力試驗設備，使得逆變器產(chǎn)品在惡劣場(chǎng)景應用具有卓越的適應能力。針對戶(hù)外應用，采用高溫、淋雨、帶電溫循、外場(chǎng)暴露等加速方法，驗證了逆變器的長(cháng)期可靠性，保證設備長(cháng)期穩定運行。

　　1.溫變影響機理

　　溫度不同，材料結構的分子運動(dòng)的速度不同，在不同材料之間就出現膨脹系數、熱傳遞性能的匹配差異，容易導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)部件的變形或破裂、表面涂層開(kāi)裂、氣密性變差或泄漏、絕緣保護失效等。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)或永久的影響設備的正常工作。

　　同時(shí)溫度的快速變化，容易在單板，機殼等位置形成凝露，結水或結冰等現象，這對逆變器的運行帶來(lái)較大的風(fēng)險。

　　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，導致逆變器個(gè)部件之間形成溫差。在北方地區冬季溫度較低，很多地方低于-20℃，夏季溫度超過(guò)40℃，晝夜溫差20℃、季節溫差60℃，同時(shí)逆變器外殼的溫升在20~30℃，內部IGBT的溫升在40~50℃。這樣容易在內部腔體內形成溫度差和各個(gè)部位的溫度差，并且溫度變化頻繁，這些對產(chǎn)品材料的選擇提出了嚴峻的挑戰。

　　此外早晚開(kāi)機功率輸出，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行。

　　3.應對解決方案

　　產(chǎn)品設計上要考慮溫差的影響，同時(shí)考慮凝露風(fēng)險，如單板集中、涂覆保護、內部風(fēng)扇散熱等多項措施。在驗證方面一般采用高溫淋雨試驗和PTC帶電溫循試驗來(lái)驗證整機性能，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)補充驗證嚴酷環(huán)境的長(cháng)期適應能力。

　　設計中考慮溫度均衡、溫差分布連續，防止內部形成明顯的溫差，從而平衡內部單板溫度。提高產(chǎn)品對溫變的適應性。通過(guò)熱仿真的方法分析散熱器、內部功率管、PCB單板器件等的熱數據，設計中使熱平衡均勻分配。

　　4.試驗驗證方法

　　4.1高溫淋雨試驗

　　4.1.1高溫淋雨試驗的場(chǎng)景分析

　　淋雨試驗室在高溫、高濕的條件下，通過(guò)冷水直接沖淋試驗樣品，讓樣品外部快速降溫，此不僅是驗證試驗樣品的IP防護等級，同時(shí)也是驗證內部凝露的風(fēng)險。一般通過(guò)內部貼濕度試紙的形式來(lái)檢查內部是否發(fā)生凝露。同時(shí)也可進(jìn)行帶電試驗，檢測逆變器在高溫淋雨時(shí)是否得到保護或失效?！　∠奶煸诟邼裉貏e是在熱帶雨林地區使用的時(shí)候模塊內部容易有凝露情況發(fā)生，通過(guò)淋雨試驗來(lái)檢驗IP65等級的抗凝露能力，優(yōu)化內部單板設計。正常使用時(shí)，模塊內絕對濕度變化非常小，而下雨天模塊內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，兼容逆變器內部損耗影響。如此循環(huán)10次,時(shí)間168H。試驗過(guò)程中檢測功率運行機器情況。試驗完成后開(kāi)箱檢查試紙情況。

　　4.2PTC帶電溫循試驗

　　4.2.1快速溫循的場(chǎng)景分析

　　PowerandTemperatureCyclingTest：帶電溫循測試

　　帶電溫循測試的目的是為了暴露產(chǎn)品在不同溫度條件長(cháng)期運行時(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，驗證產(chǎn)品對環(huán)境的適應性和長(cháng)期可靠性的主要方法，特別是材料的熱匹配特性。通過(guò)帶電運行的方式，能實(shí)時(shí)的檢測逆變器狀態(tài)。

　　4.2.2PTC帶電溫循試驗方法

　　業(yè)界大部分試驗最多用300CYCLE。由于逆變器的特殊性，每天都在溫變，壽命期內的溫變光晝夜溫變次數為365*25=9125次，采用1000CYCLE的加速驗證是必要。最低溫度到-40℃，高溫到80℃,溫變15℃/分鐘，具體的參考下面的試驗時(shí)序曲線(xiàn)圖。

　　高溫和低溫停留時(shí)間根據產(chǎn)品自身的熱容特性選擇，對于密閉型較大樣品建議選擇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測試。驗證低溫和高溫啟動(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)。

　　試驗完成后可對內部單板進(jìn)行檢查，還要求對內部單板，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)行完成的電特性測試，分析試驗前后特性是否沒(méi)有明顯的劣化?！　?strong>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)的模擬光照試驗更接近實(shí)際場(chǎng)景。為了更好的模擬實(shí)際的現場(chǎng)，放到沿海地區爆曬不僅綜合驗證了抗潮濕、抗鹽霧、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。此地區臺風(fēng)、降雨、高溫交變明顯。在夏天，最高溫度到35℃，機器外殼到60℃以上，在突變的下雨條件下，外殼降低30℃。海邊外場(chǎng)是一個(gè)咸濕、淋雨、快速溫變綜合試驗，能更好的驗證產(chǎn)品的穩定性。

　　4.3.2外場(chǎng)暴露試驗方法

　　選擇海邊350M的試驗區。通過(guò)支架斜掛固定架，接入專(zhuān)用的模擬的PV直流源，監控系統，直接和電網(wǎng)并網(wǎng)。每周對逆變器的狀態(tài)進(jìn)行巡檢，觀(guān)察其發(fā)電量，內部溫度的主要參數。外場(chǎng)暴露是一個(gè)開(kāi)放的資源環(huán)境，試驗站每天記錄濕度、溫度、分析鹽分含量。模擬逆變器運行，每天早上7:00開(kāi)機，并網(wǎng)輸出功率，晚上7:00后待機，關(guān)閉功率輸出。試驗周期1年以上。

　　5.總結

　　華為產(chǎn)品一直重視長(cháng)期可靠性，不僅要求產(chǎn)品按長(cháng)壽命設計，還在材料特性、熱分、材料的匹配等方面進(jìn)行了長(cháng)期的研究，積累了豐富的工程設計和試驗經(jīng)驗。同時(shí)，華為具備世界一流的設備可靠性測試實(shí)驗室。該實(shí)驗室，擁有業(yè)界最全的產(chǎn)品全環(huán)境應用場(chǎng)景的模擬測試能力，以及先進(jìn)的可靠性測試能力，包括氣候、機械、室外風(fēng)吹雨、太陽(yáng)輻射、結冰等全場(chǎng)景測試能力，領(lǐng)先HALT測試、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)嚴格的質(zhì)量測試。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，華為的產(chǎn)品經(jīng)受了自然界惡劣嚴格的考驗，屹立不倒。

　　光伏逆變器方面不僅借鑒了我司無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品全球室外應用的經(jīng)驗，還專(zhuān)門(mén)研究了逆變器行業(yè)的獨特應用環(huán)境。從設計、試驗上保證了產(chǎn)品的長(cháng)期穩定可靠運行。我們始終信奉一個(gè)理念，質(zhì)量是我們的生命，數據真實(shí)無(wú)情，服務(wù)客戶(hù)有情。通過(guò)這樣的千錘百煉，我們的產(chǎn)品應用遍布全球，質(zhì)量也得到了客戶(hù)的廣泛好評。