基于ICEPAK的集中式光伏逆变器散热分析

张国栋，米高祥，于海波

(南京南瑞继保工程技术有限公司，江苏 南京 211102)

作者简介：〖HTSS〗张国栋(1981—)，男，工程师，硕士，主要研究方向为电力电子产品结构设计，zhanggd@nrec.com.

摘要：从功率模块损耗、散热器设计、风机选型、热仿真等几个方面详细介绍了集中式光伏逆变器散热系统。根据柜体结构和功率模块的损耗，进行了散热器设计和风机选型，利用ICEPAK建立了仿真模型，通过仿真计算对集中式逆变器的通风散热过程进行模拟，分析系统的速度场和温度场分布评估热仿真的可靠性。最后通过仿真计算和实验数据对比，验证了基于ICEPAK的集中式光伏逆变器仿真的准确性，对后续的集中式逆变器热仿真分析和优化具有重要的指导意义。

关键词：集中式光伏逆变器；ICEPAK；热分析；散热器

中图分类号：TM464   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2019)07-0104-04

随着全球经济的发展，能源消耗正不断增多。在资源紧缺形势下，对太阳能等可再生的绿色能源的探求与利用已成为发展的热点。在全球太阳能产业蓬勃发展的同时，光伏逆变器市场也迅速增长，作为光伏发电的关键设备，光伏逆变器的性能决定着整个发电系统的转换效率和成本。国内光伏逆变器市场存在组串式、集中式、集散式等多种逆变器解决方案，技术路线繁多，竞争激烈。提高效率、降低成本是光伏发电领域唯一的长期追求目标，作为最具竞争力的主流方向的大功率集中式光伏逆变器是目前光伏逆变器降本增效的最佳代表。

集中式光伏逆变器具有以下主要优势：1)集成度高、成本低廉、输出功率稳定；2)所需元器件数量少，可靠性高，并网技术成熟，转换效率高；3)输出的电能质量高；4)能够在一定程度上适应电网电压波动带来的影响［1］。因而在日照均匀的大型地面、鱼塘、屋顶等光伏发电系统中得到广泛应用［2］。光伏逆变器的效率是光伏发电系统的关键因素，集中式光伏逆变器的关键功率器件是IGBT（insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管）模块，IGBT模块在开关过程中能量会发生损耗，这些损耗最终会转化为热量，而IGBT模块又是热敏感器件，温度会影响其运行可靠性，从而影响逆变器的运行。据资料统计，电子元器件的温度每升高2℃，可靠性下降10%［3］。因此有效降低光伏逆变器关键元器件IGBT模块的温升，是保证逆变器系统稳定性的重要环节。