华为光伏逆变器可靠性分析

华为光伏逆变器可靠性分析

太阳能发电系统通常直接暴露在室外环境工作，经常遇到高温、高寒、高湿、大风沙，淋雨，盐雾等恶劣气象条件。华为可靠性实验室业界首创开发出了温度、湿度、腐蚀性粉尘三综合应力试验设备，使得逆变器产品在恶劣场景应用具有卓越的适应能力。针对户外应用，采用高温、淋雨、带电温循、外场暴露等加速方法，验证了逆变器的长期可靠性，保证设备长期稳定运行。

1.温变影响机理

温度不同，材料结构的分子运动的速度不同，在不同材料之间就出现膨胀系数、热传递性能的匹配差异，容易导致部件的卡紧件松弛。IGBT模块和散热器之间的热不匹配、不同材料的收缩或膨胀率不同，可诱发部件的变形或破裂、表面涂层开裂、气密性变差或泄漏、绝缘保护失效等。通常温度变化慢，影响不明显。急剧的温度变化可能会暂时或永久的影响设备的正常工作。

同时温度的快速变化，容易在单板，机壳等位置形成凝露，结水或结冰等现象，这对逆变器的运行带来较大的风险。

2.温变影响案例

影响逆变器温度的主要是地域温差、昼夜温差、季节温差、天气变化如太阳、风、雨等形成的温差。同时自然散热在热源和器件、外壳之间也形成温差，导致逆变器个部件之间形成温差。在北方地区冬季温度较低，很多地方低于-20℃，夏季温度超过40℃，昼夜温差20℃、季节温差60℃，同时逆变器外壳的温升在20~30℃，内部IGBT的温

升在40~50℃。这样容易在内部腔体内形成温度差和各个部位的温度差，并且温度变化频繁，这些对产品材料的选择提出了严峻的挑战。

此外早晚开机功率输出，突变的阵雨及恶劣的天气变化，温变速率大，容易在一些部件上形成凝露，这也将影响逆变器的安全运行。

3.应对解决方案

产品设计上要考虑温差的影响，同时考虑凝露风险，如单板集中、涂覆保护、内部风扇散热等多项措施。在验证方面一般采用高温淋雨试验和PTC带电温循试验来验证整机性能，作为查找薄弱点的主要方法。同时通过外场暴露来补充验证严酷环境的长期适应能力。

设计中考虑温度均衡、温差分布连续，防止内部形成明显的温差，从而平衡内部单板温度。提高产品对温变的适应性。通过热仿真的方法分析散热器、内部功率管、PCB单板器件等的热数据，设计中使热平衡均匀分配。

4.试验验证方法

4.1高温淋雨试验

4.1.1高温淋雨试验的场景分析

淋雨试验室在高温、高湿的条件下，通过冷水直接冲淋试验样品，让样品外部快速降温，此不仅是验证试验样品的IP防护等级，同时也是验证内部凝露的风险。一般通过内部贴湿度试纸的形式来检查内部是否发生凝露。同时也可进行带电试验，检测逆变器在高温淋雨时是否得到保护或失效。

夏天在高湿特别是在热带雨林地区使用的时候模块内部容易有

凝露情况发生，通过淋雨试验来检验IP65等级的抗凝露能力，优化内部单板设计。正常使用时，模块内绝对湿度变化非常小，而下雨天模块内的平均温变速率已大于了4度/分钟，加上风速影响，温变率会进一步加大。

4.1.2高温淋雨试验方法

在专用的淋雨箱保持10H，自动开启喷水，同时温箱开始降低，功率开始关闭，喷水0.5H后，开启功率，10分钟后，关闭喷水，在喷水快速降温的过程中，关闭逆变器的功率，能提高温变率，兼容逆变器内部损耗影响。如此循环10次，时间168H.试验过程中检测功率运行机器情况。试验完成后开箱检查试纸情况。

4.2PTC带电温循试验

4.2.1快速温循的场景分析

PowerandTemperatureCyclingTest：带电温循测试

带电温循测试的目的是为了暴露产品在不同温度条件长期运行

时的潜在缺陷。通过循环的快速温变加速产品在实际的场景的高低温的变化，验证产品对环境的适应性和长期可靠性的主要方法，特别是材料的热匹配特性。通过带电运行的方式，能实时的检测逆变器状态。

4.2.2PTC带电温循试验方法

业界大部分试验最多用300CYCLE.由于逆变器的特殊性，每天都在温变，寿命期内的温变光昼夜温变次数为365*25=9125次，采用1000CYCLE的加速验证是必要。最低温度到-40℃，高温到80℃，温变15℃/分钟，具体的参考下面的试验时序曲线图。

高温和低温停留时间根据产品自身的热容特性选择，对于密闭型较大样品建议选择1H以上。在高温和低温过程中，可进行多次的上电和下电试验测试。验证低温和高温启动性能。在高温段，可增加多次上电下电操作（间隔时间大于逆变器并网最小间隙时间）。

试验完成后可对内部单板进行检查，还要求对内部单板，功率管进行检查，看是否存在裂缝，焊接不良，器件的封装和本体无开裂现象，塑料无明显的变形等。检查完成后可进行完成的电特性测试，分析试验前后特性是否没有明显的劣化。

4.3外场暴露

4.3.1外场暴露的场景分析

外场暴露可让逆变器在太阳光照下直接照射，比专门的模拟光照试验更接近实际场景。为了更好的模拟实际的现场，放到沿海地区爆晒不仅综合验证了抗潮湿、抗盐雾、抗太阳暴晒能力。海南万宁是一个比较理想的暴露外场，其有高温、高湿、高盐。此地区台风、降雨、高温交变明显。在夏天，最高温度到35℃，机器外壳到60℃以上，在突变的下雨条件下，外壳降低30℃。海边外场是一个咸湿、淋雨、快速温变综合试验，能更好的验证产品的稳定性。

4.3.2外场暴露试验方法

选择海边350M的试验区。通过支架斜挂固定架，接入专用的模拟的PV直流源，监控系统，直接和电网并网。每周对逆变器的状态进行巡检，观察其发电量，内部温度的主要参数。外场暴露是一个开放的资源环境，试验站每天记录湿度、温度、分析盐分含量。模拟逆变器运行，每天早上7：00开机，并网输出功率，晚上7：00后待机，关闭功率输出。试验周期1年以上。

5.总结

华为产品一直重视长期可靠性，不仅要求产品按长寿命设计，还在材料特性、热分、材料的匹配等方面进行了长期的研究，积累了丰

富的工程设计和试验经验。同时，华为具备世界一流的设备可靠性测试实验室。该实验室，拥有业界最全的产品全环境应用场景的模拟测试能力，以及先进的可靠性测试能力，包括气候、机械、室外风吹雨、太阳辐射、结冰等全场景测试能力，领先HALT测试、加速灰尘腐蚀等可靠性能力。

任何华为的产品均需要经过严格的质量测试。无论在寒冷的北冰洋，还是酷热的非洲，无论是海边的高盐雾环境，还是西北的沙漠地区，华为的产品经受了自然界恶劣严格的考验，屹立不倒。

光伏逆变器方面不仅借鉴了我司无线产品全球室外应用的经验，还专门研究了逆变器行业的独特应用环境。从设计、试验上保证了产品的长期稳定可靠运行。我们始终信奉一个理念，质量是我们的生命，数据真实无情，服务客户有情。通过这样的千锤百炼，我们的产品应用遍布全球，质量也得到了客户的广泛好评。