CN111587051A - 光伏逆变器 - Google Patents

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CN111587051A CN202010542024.5A CN202010542024A CN111587051A CN 111587051 A CN111587051 A CN 111587051A CN 202010542024 A CN202010542024 A CN 202010542024A CN 111587051 A CN111587051 A CN 111587051A
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郑浩
朱其姚
谭均
高宇
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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器，包括机柜及设置在机柜内的功率模块，功率模块包括逆变功率单元、第一通风道及与第一通风道隔离设置的第二通风道，逆变功率单元位于第一通风道的进气上游，第一通风道上设有第一进风口和第一出风口，第二通风道上设有第二进风口和第二出风口。在本申请提供的光伏逆变器中，将产热量较多的逆变功率单元采用独立风道散热，且设置在第一通风道的上游，使得冷风及时对逆变功率单元及时散热，进而提高了逆变功率单元的散热效率。

Description

光伏逆变器
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域，特别涉及一种光伏逆变器。
背景技术
光伏并网逆变器作为太阳能发电系统和电网的接口设备，光伏逆变器在保证电路设计和实现方面的同时，还需保证逆变器功率模块的散热性能。光伏逆变器内发热模块的散热性能对整个逆变器系统的工作稳定性、产品可靠性、功率器件的使用寿命等都有重要影响。
传统的光伏逆变器具体布局较为复杂，为保证整机防护等级，而牺牲整机的风道优点，采用下部侧进风，上部侧出风，让对热更为敏感的器件(逆变功率单元)置于热风端，对耐温等级较高的器件(如电抗)置于冷风端，导致逆变功率单元的散热效率较低。
因此，如何提高逆变功率单元的散热效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏逆变器，以提高逆变功率单元的散热效率。
为实现上述目的，本发明提供一种光伏逆变器，包括机柜及设置在所述机柜内的功率模块，所述功率模块包括逆变功率单元、第一通风道及与所述第一通风道隔离设置的第二通风道，所述逆变功率单元位于所述第一通风道的进气上游，所述第一通风道设有第一进风口和第一出风口，所述第二通风道设有第二进风口和第二出风口。
优选地，还包括设置在所述第一通风道内的电抗单元，所述第一通风道内仅设有所述电抗单元和所述逆变功率单元，沿气体流向，所述电抗单元位于所述逆变功率单元的下游。
优选地，所述第二通风道内设有电容池、交流配电单元、直流配电单元。
优选地，所述第二通风道包括电容池侧风道和直流侧风道，所述电容池侧风道中上游设有所述电容池，下游设有所述交流配电单元，所述直流侧风道设有所述直流配电单元。
优选地，所述机柜的进气道位于所述机柜的顶端，所述第一进风口和所述第二进风口均位于所述功率模块的顶端，且与所述进气道连通，所述第一通风道的所述第一出风口和所述第二通风道的所述第二出风口均位于所述机柜的底端。
优选地，所述进气道为侧部进风通道，所述进气道的侧壁绕所述机柜顶端周向呈环形设置，且所述进气道的侧壁开设有条形的百叶进风口。
优选地，所述第一进风口设有第一风机，所述第二进风口设有第二风机，且所述第一风机的风压大于所述第二风机的风压，所述第二通风道与所述第一通风道之间通过挡板间隔，与所述第一进风口相邻所述侧部进风通道部分及与相邻的所述第二进风口相邻的所述侧部进风通道部分位于相邻的两个侧面上。
优选地，所述电容池侧风道和所述直流侧风道的进风口呈对角设置，且与所述电容池侧风道和所述直流侧风道衔接的所述通风道侧壁的进风孔与所述第一进风口连通。
优选地，所述功率模块至少为两个。
优选地，且相邻两个所述功率模块呈镜像对称分布于所述机柜内。
优选地，所述功率模块为两个，两个所述功率模块的所述第一通风道和所述电容池侧风道位于内部，两个所述功率模块的所述直流侧风道位于所述光伏逆变器背向设置的相对两侧。
优选地，相邻两个所述功率模块的第一通风道的侧壁相邻，且所述第一进风口周向设有挡水环，所述挡水环顶端低于所述挡板顶端高度。
优选地，所述进气道上朝向所述第一进风口和所述第二进风口位置设有挡水槽，所述挡水槽设置在所述进气道侧壁内侧面。
优选地，所述电抗单元和所述交流配电单元位于所述机柜的下部的中间位置，所述交流配单元包括交流框架断路器及与所述交流框架断路器连接的交流输出接线铜排。
优选地，所述交流配电单元还包括交流熔断器。
优选地，所述交流熔断器位于所述交流输出接线铜排上方，所述交流熔断器和所述交流输出接线铜排均位于所述交流框架断路器侧部
优选地，两个所述功率模块的所述直流侧风道分别位于所述机柜的左右两侧，每个所述直流侧风道均设有一个所述直流配电单元，所述逆变功率单元位于两个所述直流配电单元之间。
优选地，所述电容池位于所述交流配电单元正上方，所述逆变功率单元位于所述电抗单元正上方，同一个所述功率模块内，所述逆变功率单元、所述电抗单元、所述电容池和所述交流配电单元均位于所述直流配电单元的同一侧。
在上述技术方案中，本发明提供的光伏逆变器包括机柜及设置在机柜内的功率模块，功率模块包括逆变功率单元、第一通风道及与第一通风道隔离设置的第二通风道，逆变功率单元位于第一通风道的进气上游，第一通风道的第一进风口和第二通风道的第二进风口。
通过上述描述可知，在本申请提供的光伏逆变器中，将产热量较多的逆变功率单元采用独立风道散热，且设置在第一通风道的上游，使得冷风及时对逆变功率单元及时散热，进而提高了逆变功率单元的散热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的光伏逆变器的俯视图；
图2为图1所示左侧功率模块的A向侧视图；
图3为图2所示功率模块沿C-C方向的结构示意图；
图4为图1所示左侧功率柜模块的B向侧视图；
图5为本发明实施例所提供的光伏逆变器骨架的三维结构图；
图6为本发明实施例所提供的进气道位置结构布置图；
图7为本发明实施例所提供的挡水槽的安装位置图；
图8为本发明实施例所提供的一个功率模块机柜内部单元布局图；
图9为本发明实施例所提供的两个功率模块下部内部单元布局图；
图10为本发明实施例所提供的两个功率模块内部单元布局图。
其中图1-10中：1、逆变功率单元；2、电容池；3、直流配电单元；4、进气道；5、第一风机；6、第二风机；7、第二通风道；8、第一通风道；9、电抗单元；
10、交流配电单元；10-1、交流熔断器；10-2、交流框架断路器；10-3、交流输出接线铜排；
11、铜排；12、挡板；13、挡水环；14、百叶进风口；15、挡水槽；A1、第一功率模块；A2、第二功率模块。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种光伏逆变器，以提高逆变功率单元的散热效率。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图7。
在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的光伏逆变器包括机柜及设置在机柜内的功率模块，功率模块包括逆变功率单元1、第一通风道8及与第一通风道8隔离设置的第二通风道7，逆变功率单元1位于第一通风道8的进气上游，第一通风道8的第一进风口和第二通风道7的第二进风口。具体的，机柜内各发热模块可以通过铜排11连接。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的光伏逆变器中，将产热量较多的逆变功率单元1采用独立风道散热，且设置在第一通风道8的上游，使得冷风及时对逆变功率单元1及时散热，进而提高了逆变功率单元1的散热效率。
在一种具体实施方式中，该光伏逆变器还包括设置在第一通风道8内的电抗单元9，第一通风道8内仅设有电抗单元9和逆变功率单元1，沿气体流向，电抗单元9位于逆变功率单元1的下游，具体的，电抗单元9可以位于逆变功率单元1正下方。由于电抗单元9耐温等级较高，即使将电抗单元9设置于逆变功率单元1下游，也不会对电抗单元9造成较多影响，提高整机的散热效率和降低整机故障率，节省空间，降低制造成本和客户使用成本。
具体的，第二通风道7内设有电容池2、交流配电单元10、直流配电单元3。其中，交流配电单元10包括交流熔丝和交流开关。直流配电单元3包括直流开关和直流熔丝。电容池2具体为直流电容池。
电抗单元9和交流配电单元10位于机柜的下部的中间位置。
交流配单元包括交流框架断路器10-2及与交流框架断路器10-2连接的交流输出接线铜排10-3。即交流开关为交流框架断路器10-2(ACB)，其具备电动操作功能，无需配合交流接触器使用，从而节省器件成本。
具体的，交流配电单元10还包括电连接在交流框架断路器10-2和交流输出接线铜排10-3之间的交流熔断器10-1，作为选配件，以保护整个光伏逆变器内部系统。具体的，交流熔断器10-1可以位于交流输出接线铜排10-3上方，优选，交流熔断器10-1位于交流输出接线铜排10-3正上方，交流熔断器10-1和交流输出接线铜排10-3均位于交流框架断路器10-2侧部，整体结构紧凑，减少相邻部件间铜排11使用长度。
具体的，交流框架断路器10-2位于交流熔断器10-1和直流配电单元3之间。
在一种具体实施方式中，第二通风道7包括电容池侧风道和直流侧风道，其中，电容池侧风道中上游设有电容池2，下游设有交流配电单元10，直流侧风道设有直流配电单元3。
在一种具体实施方式中，机柜的进气道4位于机柜的顶端，第一通风道8的第一进风口和第二通风道7的第二进风口均位于功率模块的顶端，且与进气道4连通，第一通风道8的第一出风口和第二通风道7的第二出风口为位于机柜的底端。顶进底出风散热方式，可更好地提高整机散热效率。当然，在具体使用时也可以设置为机柜底部进风，顶部出风，或者侧部进风及出风的情况。
为了便于气体进入，进气道4为侧部进风通道，进气道4的侧壁机柜顶端周向呈环形设置，且进气道4的侧壁开设有条形的百叶进风口14。为了避免杂质进入，进气道4的进风口设置防水透气棉，具体的，防水透气棉可以设置在百叶进风口14位置。
为了提高散热效率，优选，第一通风道8的进风口设有第一风机5，第二通风道7的进风口设有第二风机6，且第一风机5的风压大于第二风机6的风压，第二通风道7与第一通风道8之间通过挡板12间隔，与第一通风道8的第一进风口相邻侧部进风通道部分及与相邻的第二通风道7的第二进风口相邻的侧部进风通道部分位于相邻的两个侧面上。由于第一通风道8和第二通风道7对风量要求不同，且由于逆变功率模块对热较为敏感，使其风压较大避免高温对逆变功率模块损坏。
具体的，挡板12为设置在第二风机的6的第二进风口位置，且朝向侧部进风通道开口的U型挡板，在第二风机6的进风口添加挡板12，减少第一风机5和第二风机6之间抢风的情况。为了避免外界雨水进入第二进风口位置，第二进风口的上表面为朝向进气道4外壁方向逐渐增高的坡形表面。
为了保证第一风机5风量大的需求，优选，第一风机5的第一进风口位置不加挡板。
具体的，第一风机5和第二风机6可以为离心风机。
由于第一风机5和第二风机6的风压不同，将与第一通风道8的第一进风口相邻侧部进风通道部分及与相邻的第二通风道7的第二进风口相邻的侧部进风通道部分位于相邻的两个侧面上。具体的，电容池侧风道和直流侧风道的进风口呈对角设置，且与电容池侧风道和直流侧风道衔接的通风道侧壁的进风孔与第一通风道8的进风口连通，通过设置通风道多个侧壁与第一通风道8的进风口连通，保证第一通风道8的进风要求，实现有效散热。
如图1所示，在一种具体实施方式中，功率模块为至少为两个，有优选，相邻两个功率模块呈镜像对称分布于机柜内。
具体的，功率模块为两个，两个功率模块的第一通风道8和电容池侧风道位于内部，两个功率模块的直流侧风道位于光伏逆变器背向设置的相对两侧，具体的，直流侧风道位于机柜长度方向的左右两侧，第一通风道和电容池侧风道位于两个直流侧风道中间位置，整体结构紧凑。其中两个相邻的第一通风道8内部可以连通或不连通，两个电容池侧风道内部可以连通或不连通。
在一种具体实施方式中，相邻两个功率模块的第一通风道8的侧壁相邻，第一进风口周向设有挡水环13，挡水环13顶端低于挡板12顶端高度。通过在第一进风口外周设置挡水环13避免外界雨水进入第一进风口位置。
如图5至图7所示，具体的，进气道4上朝向第一进风口和第二进风口位置设有挡水槽15，挡水槽15设置在进气道4侧壁内侧面。如图7所示，挡水槽15为上部开口，底端与进气道4的百叶进风口14连接，进入挡水槽15的雨水，再通过底端百叶进风口14排出，避免在当水槽15内聚积的情况。
如图1所示，光伏逆变器整体采用镜像对称结构布局，将其分为第一功率模块A1和第一功率模块A2，铜排11连接路径如图1所示，路径较短。具体的，交流输出侧的铜排可兼容。
本申请，优选，光伏逆变器中，除了逆变功率单元1和电抗单元9，其它发热器件均位于第二通风道7。通过第二风机6将机柜顶部侧边进入的冷空气，沿着此风道气流方向，导入第二通风道7的腔体，通过热传导，分别将电容池侧风道和直流侧风道内发热器件的热量带走，从而满足第二通风道7腔体的散热。
由于逆变功率单元1和电抗单元9光伏逆变器中间部分的一侧，直流电容池和交流配电位于逆变器中间部分的另一侧，两者风道为相互独立，此种相互独立风道，能够根据逆变器中各器件的产热特性，更好地利用风道布局，提高整机的散热效率和降低整机故障率等。
如图10所示，两个功率模块的直流侧风道分别位于机柜的左右两侧，每个直流侧风道均设有一个直流配电单元3，逆变功率单元1位于两个直流配电单元3之间，具体的，两个逆变功率单元1位于同一高度。
在一种具体实施方式中，电容池2位于交流配电单元10正上方，逆变功率单元1位于电抗单元9正上方，同一个功率模块内，逆变功率单元1、电抗单元9、电容池2和交流配电单元10均位于直流配电单元3的同一侧。
以一个功率模块内部单元为例，整机电流方向为：直流配电单元3→电容池2→逆变功率单元1→电抗单元9→交流框架断路器10-2→交流熔断器10-1→交流输出接线铜排10-3，两个功率模块的单元输出可并联或者不并联。由于整机布局紧凑，省空间布局，整机的连接铜排11路径较短，从而可以节省铜排11成本。其中，逆变器的两个单元的交流输出接线铜排10-3可选择并联或者不并联，从而实现客户特殊定制需求，即满足光伏逆变器中铜排11连接低成本需求和客户多样化选择需求
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (18)

1.一种光伏逆变器，其特征在于，包括机柜及设置在所述机柜内的功率模块，所述功率模块包括逆变功率单元(1)、第一通风道(8)及与所述第一通风道(8)隔离设置的第二通风道(7)，所述逆变功率单元(1)位于所述第一通风道(8)的进气上游，所述第一通风道(8)设有第一进风口和第一出风口，所述第二通风道(7)设有第二进风口和第二出风口。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，还包括设置在所述第一通风道(8)内的电抗单元(9)，所述第一通风道(8)内仅设有所述电抗单元(9)和所述逆变功率单元(1)，沿气体流向，所述电抗单元(9)位于所述逆变功率单元(1)的下游。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述第二通风道(7)内设有电容池(2)、交流配电单元(10)、直流配电单元(3)。
4.根据权利要求3所述的光伏逆变器，其特征在于，所述第二通风道(7)包括电容池侧风道和直流侧风道，所述电容池侧风道中上游设有所述电容池(2)，下游设有所述交流配电单元(10)，所述直流侧风道设有所述直流配电单元(3)。
5.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，所述机柜的进气道(4)位于所述机柜的顶端，所述第一进风口和所述第二进风口均位于所述功率模块的顶端，且与所述进气道(4)连通，所述第一通风道(8)的所述第一出风口和所述第二通风道(7)的所述第二出风口均位于所述机柜的底端。
6.根据权利要求5所述的光伏逆变器，其特征在于，所述进气道(4)为侧部进风通道，所述进气道(4)的侧壁绕所述机柜顶端周向呈环形设置，且所述进气道(4)的侧壁开设有条形的百叶进风口(14)。
7.根据权利要求6所述的光伏逆变器，其特征在于，所述第一进风口设有第一风机(5)，所述第二进风口设有第二风机(6)，且所述第一风机(5)的风压大于所述第二风机(6)的风压，所述第二通风道(7)与所述第一通风道(8)之间通过挡板(12)间隔，与所述第一进风口相邻所述侧部进风通道部分及与相邻的所述第二进风口相邻的所述侧部进风通道部分位于相邻的两个侧面上。
8.根据权利要求7所述的光伏逆变器，其特征在于，所述电容池侧风道和所述直流侧风道的进风口呈对角设置，且与所述电容池侧风道和所述直流侧风道衔接的所述通风道侧壁的进风孔与所述第一进风口连通。
9.根据权利要求7所述的光伏逆变器，其特征在于，所述功率模块至少为两个。
10.根据权利要求9所述的光伏逆变器，其特征在于，且相邻两个所述功率模块呈镜像对称分布于所述机柜内。
11.根据权利要求9所述的光伏逆变器，其特征在于，所述功率模块为两个，两个所述功率模块的所述第一通风道(8)和所述电容池侧风道位于内部，两个所述功率模块的所述直流侧风道位于所述光伏逆变器背向设置的相对两侧。
12.根据权利要求10所述的光伏逆变器，其特征在于，相邻两个所述功率模块的第一通风道(8)的侧壁相邻，且所述第一进风口周向设有挡水环(13)，所述挡水环(13)顶端低于所述挡板(12)顶端高度。
13.根据权利要求10所述的光伏逆变器，其特征在于，所述进气道(4)上朝向所述第一进风口和所述第二进风口位置设有挡水槽，所述挡水槽设置在所述进气道(4)侧壁内侧面。
14.根据权利要求10所述的光伏逆变器，其特征在于，所述电抗单元(9)和所述交流配电单元(10)位于所述机柜的下部的中间位置，所述交流配单元包括交流框架断路器(10-2)及与所述交流框架断路器(10-2)连接的交流输出接线铜排(10-3)。
15.根据权利要求14所述的光伏逆变器，其特征在于，所述交流配电单元(10)还包括电连接在所述交流框架断路器(10-2)和所述交流输出接线铜排(10-3)之间的交流熔断器(10-1)。
16.根据权利要求15所述的光伏逆变器，其特征在于，所述交流熔断器(10-1)位于所述交流输出接线铜排(10-3)上方，所述交流熔断器(10-1)和所述交流输出接线铜排(10-3)均位于所述交流框架断路器(10-2)侧部。
17.根据权利要求14所述的光伏逆变器，其特征在于，两个所述功率模块的所述直流侧风道分别位于所述机柜的左右两侧，每个所述直流侧风道均设有一个所述直流配电单元(3)，所述逆变功率单元(1)位于两个所述直流配电单元(3)之间。
18.根据权利要求3-17中任一项所述的光伏逆变器，其特征在于，所述电容池(2)位于所述交流配电单元(10)正上方，所述逆变功率单元(1)位于所述电抗单元(9)正上方，同一个所述功率模块内，所述逆变功率单元(1)、所述电抗单元(9)、所述电容池(2)和所述交流配电单元(10)均位于所述直流配电单元(3)的同一侧。
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