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可靠性是如何煉成的
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*開發(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)品在惡劣場景應(yīng)用具有的適應(yīng)能力。針對戶外應(yīng)用，采用高溫、淋雨、帶電溫循、外場暴露等加速方法，驗(yàn)證了逆變器的長期可靠性，保證設(shè)備長期穩(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)部件的變形或破裂、表面涂層開裂、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暫時或*的影響設(shè)備的正常工作。
同時溫度的快速變化，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，這對逆變器的運(yùn)行帶來較大的風(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(jié)溫差、天氣變化如太陽、風(fēng)、雨等形成的溫差。同時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℃，夏季溫度超過40℃，晝夜溫差20℃、季節(jié)溫差60℃，同時逆變器外殼的溫升在20~30℃，內(nèi)部IGBT的溫升在40~50℃。這樣容易在內(nèi)部腔體內(nèi)形成溫度差和各個部位的溫度差，并且溫度變化頻繁，這些對產(chǎn)品材料的選擇提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
此外早晚開機(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)對解決方案
產(chǎn)品設(shè)計(jì)上要考慮溫差的影響，同時考慮凝露風(fēng)險，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)來驗(yàn)證整機(jī)性能，作為查找薄弱點(diǎn)的主要方法。同時通過外場暴露來補(bǔ)充驗(yàn)證嚴(yán)酷環(huán)境的長期適應(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)品對溫變的適應(yīng)性。通過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)的場景分析
淋雨試驗(yàn)室在高溫、高濕的條件下，通過冷水直接沖淋試驗(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，同時也是驗(yàn)證內(nèi)部凝露的風(fēng)險。一般通過內(nèi)部貼濕度試紙的形式來檢查內(nèi)部是否發(fā)生凝露。同時也可進(jìn)行帶電試驗(yàn)，檢測逆變器在高溫淋雨時是否得到保護(hù)或失效。
夏天在高濕特別是在熱帶雨林地區(qū)使用的時候模塊內(nèi)部容易有凝露情況發(fā)生，通過淋雨試驗(yàn)來檢驗(yàn)IP65等級的抗凝露能力，優(yōu)化內(nèi)部單板設(shè)計(jì)。正常使用時，模塊內(nèi)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，溫變率會進(jìn)一步加大。
4.1.2高溫淋雨試驗(yàn)方法
在的淋雨箱保持10H，自動開啟噴水，同時溫箱開始降低，功率開始關(guān)閉，噴水0.5H后，開啟功率，10分鐘后，關(guān)閉噴水,在噴水快速降溫的過程中，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,時間168H。試驗(yàn)過程中檢測功率運(yùn)行機(jī)器情況。試驗(yàn)完成后開箱檢查試紙情況。
4.2.1 快速溫循的場景分析
Power and Temperature Cycling Test：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期運(yùn)行時的潛在缺陷。通過循環(huán)的快速溫變加速產(chǎn)品在實(shí)際的場景的高低溫的變化，驗(yàn)證產(chǎn)品對環(huán)境的適應(yīng)性和長期可靠性的主要方法，特別是材料的熱匹配特性。通過帶電運(yùn)行的方式，能實(shí)時的檢測逆變器狀態(tài)。
4.2.2 PTC帶電溫循試驗(yàn)方法
業(yè)界大部分試驗(yàn)zui多用300CYCLE。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的加速驗(yàn)證是必要。zui低溫度到-40℃，高溫到80℃,溫變15℃/分鐘，具體的參考下面的試驗(yàn)時序曲線圖。
高溫和低溫停留時間根據(jù)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。在高溫和低溫過程中，可進(jìn)行多次的上電和下電試驗(yàn)測試。驗(yàn)證低溫和高溫啟動性能。在高溫段，可增加多次上電下電操作(間隔時間大于逆變器并網(wǎng)zui小間隙時間)。
試驗(yàn)完成后可對內(nèi)部單板進(jìn)行檢查，還要求對內(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開裂現(xiàn)象，塑料無明顯的變形等。檢查完成后可進(jìn)行完成的電特性測試，分析試驗(yàn)前后特性是否沒有明顯的劣化。
4.3 外場暴露
4.3.1外場暴露的場景分析
外場暴露可讓逆變器在太陽光照下直接照射，比專門的模擬光照試驗(yàn)更接近實(shí)際場景。為了更好的模擬實(shí)際的現(xiàn)場，放到沿海地區(qū)爆曬不僅綜合驗(yàn)證了抗潮濕、抗鹽霧、抗太陽暴曬能力。海南萬寧是一個比較理想的暴露外場，其有高溫、高濕、高鹽。此地區(qū)臺風(fēng)、降雨、高溫交變明顯。在夏天，zui高溫度到35℃，機(jī)器外殼到60℃以上，在突變的下雨條件下，外殼降低30℃。海邊外場是一個咸濕、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外場暴露試驗(yàn)方法
選擇海邊350M的試驗(yàn)區(qū)。通過支架斜掛固定架，接入的模擬的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)。外場暴露是一個開放的資源環(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開機(jī)，并網(wǎng)輸出功率，晚上7:00后待機(jī)，關(guān)閉功率輸出。試驗(yàn)周期1年以上。