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光伏电站设计寿命是25年,其中组件和其它器件的寿命应该可以达到,逆变器作为光伏电站的核心器件,设计寿命也应该到达25年。从逆变器系统上看到,寿命瓶颈是PCBA板和逆变器的心脏部位—逆变模块。PCBA由于技术限制,寿命很难达到25年,但由于PCBA价格不高,重量轻,一般放在容易更换的位置,所以相对好处理。逆变模块由IGBT,散热器,母排,直流支撑电容组成。IGBT现在随着技术的发现,如果系统设计得好,寿命可以到25年,直流支撑电容现在普通采用金属薄膜电解电容,寿命可以到25年,所以最关键的因素只有散热器和母排,这两个器件如果采用的器件不一样,成本也相差非常大,但寿命也相差很大。散热器寿命的控制点是鳍片和基板的连接工艺,母排寿命的控制点是正负极之间的局部放电电流,这两个关键点能处理好,寿命也就不成问题。
下章我将就这两个问题向大家揭密正确的处理方法应该是怎么的,不良厂家为了节省成本又是怎么处理的,以用所造成的严重后果。
光伏逆变器最关键母排是指从IGBT到直流支撑电容这一段的母排,这就好比人体心脏周边的大动脉和大静脉,因为这一段电流大,频率高,温度高,其电气性能核心技术是减少杂散电感,因为杂散电感会产生尖峰电压,尖峰电压越高,对IGBT的损伤就越大,系统的损耗也越大。母排机械性能核心技术是减少局部放电,提高母排的寿命。减少杂散电感常用的方法有三个:1是电流正极和负极之间的距离尽可能短,2是电流正极和负极方向尽可能上下叠加,3是电容到IGBT之间的距离尽可能短。局部放电是由正负极之间的气隙造成的,所以在尽量减少气隙,方法有两个:1母排和绝缘片之间的粘合越紧密越好,不留下任何气隙,所以要选用好的粘结材料,2母排和绝缘片之间要非常干净,不能有任何灰尘和脏污。
现在正规生产厂家一般采用叠层母排,成本比较大,但性能优良,寿命长。叠层母排是把正负极铜排、绝缘片、粘胶有机地结合在一起,它的杂散电感少,寿命长。而社会上一些不良厂家,为了节省成本,直接用正极铜排,负极铜排和绝缘片叠加在一起,减去粘胶的工艺,这样做成本减少了大约50%,后果短时间3、5年也看不出来,但5年过后,逆变器的性能会大大降低,原因有2个:1母排的杂散电感会越来越大,系统的EMC干扰也越来越高,IGBT会经常受到损伤,2母排的局部放电会越来越大,因为母排和绝缘片之间没有粘结在一起,肯定会存在气隙,而且气隙会越来越大,最后造成绝缘性降低,而绝缘层的损坏,对逆变器而言,将是灾难性的。
散热器是由基板和鳍片组成,IGBT装在基板上,IGBT在运行过程中会产生大量热量,通过基板传到鳍片上,再通过流动的空气带走。散热器的核心技术有两个:1基板尽可能平整,和IGBT接触可靠性高;2基板和鳍片之间的热阻尽可能少。基板的平整度现在大都可以达到,通过好一点的加工中心,表面精飞一刀就可以了。难度就大的成本最高的是基板和鳍片之间的连接,目前连接工艺有4种:机械压合,环氧树脂粘接,锡焊,铜焊。其中机械压合设备投资小,速度快,加工成本低;环氧树脂粘接,锡焊这两种工艺设备投资小,但加工工艺较复杂,速度慢;铜焊设备投资大,加工工艺复杂,速度慢。所以采用铜焊工艺的散热器价格要比采用机械压合工艺的散热器贵30%左右。从散热技术上来看,采用机械压合工艺的散热器,基板和鳍片之间连接面积小,所以热阻大,而且随着时间的推移,基板和鳍片连接部位会发生形变,热阻会越来越大,采用这样散热器稳定工作寿命为5年左右,5年之后热量会越来越集中在基板上散不出去,10年后基本上就报废了。而采用铜焊接工艺的散热器,由于铜的散热效果比铝好,所以基板和鳍片之间的热阻就非常少,接近本体,寿命也可达20年之久。
结论:现在光伏行业竞争已进入白热化,企业为了生存而采取各种手段。为了降低成本而不择手段,造成这一后果最根本的原来就是国家金太阳的补贴政策,采用“事前补贴”的政策,使业主不会去重视产品的性能,只关心产品的价格。光伏逆变器作为光伏系统核心器件,其成本比例已不到系统总成本的10%,如果光伏逆变器发电量提高1个百分点,相当于逆变器的价值提高10个百分点。有数据统计,现在国外优秀逆变器比国内普通逆变器发电量相差达20%,但国内的市场优秀的逆变器公司反而难以生存,“劣币驱逐良币”,但技术差距越来越大。值得欣慰的是国家政策的制订者已经注意这个现象了,光伏补贴政策可能很快由“事前补贴”转为“度电补贴”。那些靠低成本占领市场而产品性能低的公司终究会退出的。
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