【深度解析】光伏系统发电量低之逆变器故障

光伏系统安装之后，用户最关心就是发电量，因为它直接关系到用户的投资回报。影响发电量的因素很多，组件、逆变、电缆的质量、安装朝向方位角、倾斜角度、灰尘、阴影遮挡、组件和逆变器配比系统方案、线路设计、施工、电网电压等等各种因素都有可能。本系列文章将根据实际案例一一探讨各种因素。本文主要讨论逆变器故障对系统的影响

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光伏系统逆变器



光伏系统是由组件、支架、逆变器、电缆、配电柜等设备组成。支架是结构设备，除了风灾破坏外一般不会坏；组件和逆变器是发电设备，但组件功率密度少，如一个10kW电站，使用40块组件，总面积达64平方米，但这些能量都集中到一台面积为0.25平方米的逆变器里，逆变器功率密度高，里面便是高温高压高电流。

另外逆变器需要处理的事情也特别多，除了把直流电变成交流电外，还要承担检测组件和电网状况、系统绝缘、对外通讯等任务，计算量大，容易出错。

光伏逆变器是由电路板、熔断器、功率开关管、电感、继电器、电容、显示屏、风扇、散热器，结构件等部件组成。每个部件的寿命不一样，逆变器的使用寿命可以用“木桶理论”来解释，木桶的最大容量是由最短的木板决定的，逆变器的使用寿命是由寿命最短的部件决定，逆变器最容易出故障是功率开关管、电容、显示屏、风扇等4个部件。

功率开关管


功率开关管是把直流转换为交流的主要器件，是逆变器的心脏。

目前逆变器使用的功率开关管有IGBT、MOSET等，是逆变器最脆弱的一个部件，它有三怕：一怕过压，一个耐压600V的管子，如果两端电压超过600V,不到0.1秒种就会炸掉； 二怕过流，一个额定电流为50A的管子，如果通过的电流大于50A,不到0.2秒种就会炸掉；三怕过温，IGBT节温不般有150度或者175度，一般都把它控制在120度以下，散热设计是逆变器最关键技术之一。

功率器件损坏，就意味逆变器需要整机更换。但也不必过份担心，因为逆变器在设计时，这些因素都已考虑周全，在正常情况下，使用寿命到20年没有问题。逆变器在安装时，要考虑给逆变器留有散热通道，另外电网如有过高的谐波和过于频繁的电压突变，也会造成功率器件过压损坏。


电解电容

电容是能量存储的部件，也是逆变器必不可少的元器件之一。

电容有电解电容、薄膜电容等，各有特点，都是逆变器所需。影响电解电容寿命的原因有很多，过电压、谐波电流、高温、急速充放电等等，正常使用情况下，最大的影响是温度，因为温度越高电解液的挥发损耗越快。需要注意的是这里的温度不是指环境或表面温度，而是指铝箔工作温度。

厂商通常会将电容寿命和测试温度标注在电容本体，电解液的挥发限制了电解电容的寿命，日本NCC电容是世界上最好的电容之一，它在规格书上标注最长寿命是15年。

液晶显示屏
逆变器的液晶显示屏可以显示光伏电站瞬时功率、发电量、输入电压等各种指标。如能显示故障原因，将是个很好用的部件。

多数逆变器都有显示器，但也有没有的。除了上述优点外，液晶显示器有一个致命缺陷——使用寿命短。质量一般的液晶显示器工作3-4万小时，就会严重衰减不能使用。我们按照逆变器工作时间6:00-20:00计算，液晶显示器每天工作14个小时，一年为5000小时。假设液晶显示器寿命为4万小时，那么它的使用寿命为8年。

现在户用逆变器一般保留显示器，电站用的中大功率组串逆变器，无液晶显示屏是趋势。

风扇

组串式逆变器散热方式主要有强制风冷和自然冷却两种。

强制风冷就要用到风扇，通过组串式逆变器散热能力对比实验发现，中大功率组串式逆变器，强制风冷的散热效果要优于自然冷却散热方式。采用强制风冷可使逆变器内部电容、IGBT等关键部件温升降低20℃左右，可确保逆变器长寿命高效工作，而采用自然冷却方式的逆变器温升高，元器件寿命降低。优质风扇的寿命为4万小时左右，智能散热的逆变器，一般是逆变器功率到30%以上才开始工作，平均每天工作时间约4-5小时，每年约1800小时，使用20年没有问题。

风扇最常见的故障是风机电源坏，或者有异物进入风扇内部，阻碍了风机转动。

总结

光伏逆变器做为一个电子产品，使用上有一定的局限性，设计和安装时要注意。有经验的EPC安装商，逆变器故障率要比没有经验的安装商低30%以上，所以经验很重要。逆变器运输和安装时，要轻拿轻放，避免里面的接头松动。温度对逆变器主要部件寿命影响较大，逆变器要避免阳光直晒，安装在通风散热的地方；组件和逆变器匹配要注意，逆变器不要长时间工作在满载状态；逆变器不要安装在谐波过高的电网环境，这可明显降低逆变器发生故障的机率，延长其使用寿命。