组串式逆变器的发展趋势和挑战

●IGBT模块寿命分析

华为逆变器中采用Infineon无铜底板结构IGBT模块，最大结温175℃，实际测试高温50C满载下最大结温不超过125℃，温度余量50℃。根据Infineon研究结论：无铜底板IGBT模块失效模式主要是Bondwire失效，而造成Bondwire失效的主要原因是功率循环引起的热应力。

图5 Bondwire失效示例

假设20KW自冷逆变器高温50度额定满载工作，每天功率由0到满载的循环次数假设平均为20次，高温满载结温按照最高125度计算，则温度最大摆幅为75度，根据IGBT模块厂家提供温差和循环寿命次数曲线，IGBT模块寿命评估结果大于25年。实际气候条件下，对于晴朗天气，每天功率大循环次数较少，实际的情况还会优于理论计算值。

图6 IGBT温差与循环寿命曲线

●铝电解电容寿命分析

铝电解电容存在电解液干涸、氧化膜退化、橡胶塞老化等失效模式，属于寿命衰减型器件。选取实际的热带、亚热带和温带典型地区典型气候场景，理论结合实测评估华为自冷逆变器瓶颈器件电解电容寿命超过25年;考虑太阳能电池板在高温下功率还会下降(曲线如左下图)，气候变化有云、阴、雨、雪等日照量小的天气，日照时间比例也大都少于50%，实际的情况还会优于理想计算值。在中国海南最热的地方，测试实际数据显示，腔内平均温度为60℃以下，依照铝电解电容的寿命计算方法，温度每降10℃，寿命增加一倍。华为选用的铝电解电容可满足10-12万小时的工作时间，大于25年寿命。如果将冬天的情况一起汇总起来，平均温度会更低。

图7 海南某局点8月逆变器腔内测试温度

三、结束语

从表1可以看出，无外部风扇的组串式逆变器，无论是防护等级和可靠性，还是防腐蚀能力，都有较明显优势。

组串式逆变器由于大多工作在高温、多粉尘、风吹日晒、雨淋等恶劣的户外应用，如果采用强迫风冷，风扇极易损坏、寿命较短，频繁的更换风扇除影响产品的发电量外，还会带来昂贵的维护费用;另外，如逆变器安装在用户外墙及阁楼处，强迫风冷的噪声将容易引起客户的投诉。而采用自然散热的产品，无风扇，产品运行的长期可靠性高，噪声低，所以自热散热、无风扇设计成为户外小功率逆变器的关键竞争力。

逆变器的可靠性，是一项综合的系统工程。可靠性和寿命的短板是外置风扇。而逆变器的自然散热技术，通过业界最严格的产品质量规范流程，以及海量的产品长期应用验证，给客户带来的是一个能够在25年的生命周期内满足高温高湿、高海拔等各种复杂环境可靠运行的质量要求。

随着组串式逆变器的大量商用，高发电量，维护便捷甚至免维护是客户关注的核心指标，逆变器外部风扇的存在对以上指标的实现是一道严重障碍，因此无外部风扇设计对组串式逆变器来说，既是挑战，也是未来必然的发展趋势。