●IGBT模塊壽命分析

華為逆變器中采用Infineon無銅底板結(jié)構(gòu)IGBT模塊，最大結(jié)溫175℃，實際測試高溫50C滿載下最大結(jié)溫不超過125℃，溫度余量50℃。根據(jù)Infineon研究結(jié)論：無銅底板IGBT模塊失效模式主要是Bondwire失效，而造成Bondwire失效的主要原因是功率循環(huán)引起的熱應(yīng)力。

圖5 Bondwire失效示例

假設(shè)20KW自冷逆變器高溫50度額定滿載工作，每天功率由0到滿載的循環(huán)次數(shù)假設(shè)平均為20次，高溫滿載結(jié)溫按照最高125度計算，則溫度最大擺幅為75度，根據(jù)IGBT模塊廠家提供溫差和循環(huán)壽命次數(shù)曲線，IGBT模塊壽命評估結(jié)果大于25年。實際氣候條件下，對于晴朗天氣，每天功率大循環(huán)次數(shù)較少，實際的情況還會優(yōu)于理論計算值。

圖6 IGBT溫差與循環(huán)壽命曲線

●鋁電解電容壽命分析

鋁電解電容存在電解液干涸、氧化膜退化、橡膠塞老化等失效模式，屬于壽命衰減型器件。選取實際的熱帶、亞熱帶和溫帶典型地區(qū)典型氣候場景，理論結(jié)合實測評估華為自冷逆變器瓶頸器件電解電容壽命超過25年;考慮太陽能電池板在高溫下功率還會下降(曲線如左下圖)，氣候變化有云、陰、雨、雪等日照量小的天氣，日照時間比例也大都少于50%，實際的情況還會優(yōu)于理想計算值。在中國海南最熱的地方，測試實際數(shù)據(jù)顯示，腔內(nèi)平均溫度為60℃以下，依照鋁電解電容的壽命計算方法，溫度每降10℃，壽命增加一倍。華為選用的鋁電解電容可滿足10-12萬小時的工作時間，大于25年壽命。如果將冬天的情況一起匯總起來，平均溫度會更低。

圖7 海南某局點8月逆變器腔內(nèi)測試溫度

三、結(jié)束語

從表1可以看出，無外部風(fēng)扇的組串式逆變器，無論是防護等級和可靠性，還是防腐蝕能力，都有較明顯優(yōu)勢。

組串式逆變器由于大多工作在高溫、多粉塵、風(fēng)吹日曬、雨淋等惡劣的戶外應(yīng)用，如果采用強迫風(fēng)冷，風(fēng)扇極易損壞、壽命較短，頻繁的更換風(fēng)扇除影響產(chǎn)品的發(fā)電量外，還會帶來昂貴的維護費用;另外，如逆變器安裝在用戶外墻及閣樓處，強迫風(fēng)冷的噪聲將容易引起客戶的投訴。而采用自然散熱的產(chǎn)品，無風(fēng)扇，產(chǎn)品運行的長期可靠性高，噪聲低，所以自熱散熱、無風(fēng)扇設(shè)計成為戶外小功率逆變器的關(guān)鍵競爭力。

逆變器的可靠性，是一項綜合的系統(tǒng)工程。可靠性和壽命的短板是外置風(fēng)扇。而逆變器的自然散熱技術(shù)，通過業(yè)界最嚴格的產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范流程，以及海量的產(chǎn)品長期應(yīng)用驗證，給客戶帶來的是一個能夠在25年的生命周期內(nèi)滿足高溫高濕、高海拔等各種復(fù)雜環(huán)境可靠運行的質(zhì)量要求。

隨著組串式逆變器的大量商用，高發(fā)電量，維護便捷甚至免維護是客戶關(guān)注的核心指標，逆變器外部風(fēng)扇的存在對以上指標的實現(xiàn)是一道嚴重障礙，因此無外部風(fēng)扇設(shè)計對組串式逆變器來說，既是挑戰(zhàn)，也是未來必然的發(fā)展趨勢。