光伏逆變器是光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電變成符合電網(wǎng)要求的交流電。但實際上逆變器不僅僅是逆變，而是光伏電站的安全管家，逆變器還承擔著光伏方陣和電網(wǎng)的監(jiān)測和保護，對外界環(huán)境防護和人機交互等系統(tǒng)級功能。本文主要介紹逆變器的散熱設(shè)計技術(shù)：

逆變器為什么要散熱

逆變器作為一款電力電子設(shè)備，和所有電子產(chǎn)品一樣都面臨溫度帶來的挑戰(zhàn)，來自美國空軍航空電子整體研究項目的一份調(diào)查報告顯示（圖2）：所有電子產(chǎn)品失效案例中，其中有高達55%的比例是溫度原因造成的。逆變器內(nèi)部的電子元器件對溫度同樣是非常敏感的，根據(jù)可靠性理論10度法則，從室溫起，溫度每升高10度，壽命減半，所以逆變器散熱設(shè)計非常重要。

逆變器散熱的幾種方式

逆變器散熱系統(tǒng)主要包括散熱器、冷卻風扇、導熱硅脂等材料。目前逆變器散熱方式主要有兩種：一是自然冷卻，二是強制風冷。

自然冷卻 

自然冷卻是指不使用任何外部輔助能量的情況下，實現(xiàn)局部發(fā)熱器件向周圍環(huán)境散熱達到溫度控制的目的，這其中通常都包含了導熱、對流和輻射三種主要傳熱方式，其中對流以自然對流方式為主，自然散熱或冷卻往往適用對溫度控制要求不高、器件發(fā)熱的熱流密度不大的低功耗器件和部件，以及密封或密集組裝的器件不宜（或不需要）采用其它冷卻技術(shù)的情況下。目前市場上主流的單相逆變器和20kW以下的三相逆變器，大部分廠家均采用自然冷卻方式。

強制風冷

強制風冷主要是借助于風扇等強迫器件周邊空氣流動，從而將器件散發(fā)出的熱量帶走的一種方法。這種方法是一種操作簡便、收效明顯的散熱方法。如果部件內(nèi)元器件之間的空間適合空氣流動或適于安裝局部散熱器，就可盡量使用這種冷卻方法。提高這種強迫對流傳熱能力的方法，增大散熱面積和在散熱表面產(chǎn)生比較大的強迫對流傳熱系數(shù)。增大散熱器表面的散熱面積來增強電子元器件的散熱，在實際工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。工程中主要是采用肋片來擴展散熱器表面的散熱面積以達到強化傳熱的目的。散熱器本身材料的選擇跟其散熱性能有著直接的關(guān)系。目前，散熱器的材料主要是用銅或鋁，其擴展換熱面經(jīng)折疊鰭/沖壓薄鰭等工藝制成。

兩種散熱方式對比

自然散熱沒有風扇，噪聲低，但散熱速度慢，一般用于小功率的逆變器，強制風冷要配置風扇，噪聲大，但散熱速度快，一般用于大功率的逆變器，在中功率的組串式逆變器，兩種方式都有。通過組串式逆變器散熱能力對比實驗發(fā)現(xiàn)，50kW功率等級以上的組串式逆變器，強制風冷的散熱效果要優(yōu)于自然冷卻散熱方式，逆變器內(nèi)部電容、IGBT等關(guān)鍵部件溫升降低了20℃左右，可確保逆變器長壽命高效工作；而采用自然冷卻方式的逆變器溫升高，元器件壽命降低。

強制風冷也有采用高速風扇和中速風扇兩種。采用高速風扇可以減少散熱器的體積和重量，但會增加噪聲，風扇壽命也比較短；采用中等調(diào)速風扇，散熱器稍微大一些，但是在低功率時，風扇不轉(zhuǎn)，在中功率時風扇低速運行。實際是逆變器滿功率運行時間不是很多，因此風扇的壽命可以很長。