CN203368358U

CN203368358U - 一种高原型分布式光伏并网逆变器

Info

Publication number: CN203368358U
Application number: CN 201320023818
Authority: CN
Inventors: 尼玛江才; 陈浩; 周玉财
Original assignee: XINING GESANG SOLAR ENERGY Co Ltd
Current assignee: XINING GESANG SOLAR ENERGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2023-01-17

Abstract

本实用新型涉及新能源光伏发电技术领域，具体地说是涉及一种高原型分布式光伏并网逆变器。本实用新型所述的导热绝缘层设置在铝基金属层上面，电路层设置在导热绝缘层上面；所述的热管蒸发端、热管凝结端和热管传输段构成的热管散热器与铝基金属层和大功率元件连接。本实用新型有如下有益效果：本实用新型光伏并网逆变器采用新型铝基PCB板制作线路板，并利用铝基板金属层散热层及大功率开关器件的散热面和热管散热器紧密结合，将逆变器元器件工作时产生的热量迅速传输、发散。同时线路板上涂覆绝缘保护层，有效的提高了逆变器的绝缘强度。铝基PCB板机械强度大为提高，同时由于逆变器散热能力的大为增强，使逆变器的工作效率有了明显提高。

Description

一种高原型分布式光伏并网逆变器

技术领域

本实用新型涉及新能源光伏发电技术领域，具体地说是涉及一种高原型分布式光伏并网逆变器。

背景技术

由于传统能源的枯竭和人们对环境的重视，电力系统正面临着巨大变革。而太阳能光伏发电对缓解日益严重的环境和能源危机具有特别重要的意义。在光伏发电系统中，主要有集中式大规模光伏电站和分布式光伏并网发电系统及小型独立式光伏发电装置装置三种形式。集中式大规模光伏电站投资规模大，与大电网并网，一般都建立在远离用户的边远荒漠、戈壁。而小型独立式光伏发电装置装置一般容量在几千Wp以下，作为无电区域的照明及生活用电。分布式光伏并网发电通常是指利用分散式资源，布置在用户附近，装机规模在十几千KWp以内的发电系统，它一般并网于35千伏以下或更低电压等级的电网。由于分布式光伏并网发电系统具有分散独立、可靠性高的特点，各电站相互独立，用户可以自行控制，因此完全可以避免大规模停电事故，有着比较高的安全可靠性。当大电网安全、稳定性不足时，分布式光伏发电系统可以对其进行弥补。如在意外灾害发生时可以对局域网继续供电。

同时分布式系统具有可以对区域的电能质量和性能进行实时监控，充分利用各地太阳能清洁能源，减少环保压力等显著优点。使得分布式光伏并网发电系统特别适用于城市建筑物屋顶的光伏发电以及农村乡镇、边远地区的学校、机关；医院、寺庙和发展中的中小城市等电网供应不够稳定的地区。

分布式光伏并网发电特指采用光伏组件将太阳能直接转换为电能，并将电能通过逆变装置传输到电网上的分布式发电系统。

为鼓励分布式光伏并网发电的发展，国家近年来连续出台政策支持分布式光伏并网发电发展。为了响应国家政策，国家电网公司发布分布式光伏并网发电相关管理办法，为促进分布式发电的快速发展奠定了坚实的基础。

分布式光伏并网发电系统一般由光伏阵列、逆变器和控制器三部分组成。逆变器是连接光伏阵列和电网的关键部件，并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置，将光伏电池的电能转换成交流电能并传输到电网上，在分布式光伏并网发电系统中起着至关重要的作用，现代逆变技术为光伏并网发电的发展提供了强有力的技术和理论支持。当前，随着微电子技术和现代控制理论的不断进步，矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊控制等技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器技术的发展；同时现代电力电气技术的发展使功率场效应管、绝缘栅型晶体管、MOS控制晶闸管等大功率器件的性能不断提高，为逆变器向大容量方向发展奠定了基础。目前，逆变技术正朝着高频化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向发展。

近年来，我国的光伏产业发展迅猛。我国光伏组件产量自2007年以来，连续5年位居世界第一。2011年，我国光伏组件产量是当年新增安装容量的10倍，90%的光伏组件需要销往国外。近年，我国光伏产业严重依赖国外市场的风险在欧美“双反”时暴露无遗，处境十分危急。为摆脱困境，积极开拓国内市场，我国的光伏产业目前纷纷转向青藏高原等西北地区市场。而西北地区独特的地理、气候环境，如随海拔高度的增加，大气的压力下降，空气的密度和湿度相应减少，其特征为：1、空气压力或空气密度较低。2、空气温度较低，温度变化较大。3、太阳辐射照度较高。这些特点对光伏并网逆变器等电气设备的性能造成较大影响。为适应高原地区的应用，当前的光伏并网逆变器只有采取降低容量使用等手段，从而造成诸多浪费。

高原地区环境对光伏并网逆变器的影响，主要表现为：

1、空气压力或空气密度降低造成：

a、对绝缘介质强度的影响：空气压力或空气密度的降低，会引起电气设备外绝缘强度的降低，在海拔至5000米范围内，每升高1000米，平均气压降低7.7—10.5kpa，外绝缘强度要降低8%--13%。

b、对电气间隙击穿电压的影响：对设计定性的电气产品，其电气间隙已经固定，随着空气压力降低，其击穿电压也要下降。

c、对介质冷却效应即产品温升的影响：空气压力或空气密度的降低，对自然对流、强迫风冷或空气散热器为主要散热方式的电气产品，由于散热能力的降低，温升增加。在海拔至5000米范围内，每升高1000米，平均气压降低7.7—10.5kpa，温升增加3%--10%。

2、高原日温差或温度变化大及高原热辐射增加对电气产品结构的影响在于：使产品外壳、线路板等容易产生变形、龟裂、密封结构容易破裂。高原辐射增加会引起电器产品表面较大的附加温升，降低有机绝缘材料的材质性能。

3、由于昼夜温差大，温度变化快，设备外绝缘表面容易产生凝露，在低气压、污秽等综合作用下，绝缘强度急剧下降，极易产生运行电压的绝缘闪络事故。

发明内容

本实用新型的目的在于为了克服现有技术存在的不足提供一种高原型分布式光伏并网逆变器。

本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器通过下述技术方案予以实现：一种高原型分布式光伏并网逆变器包括电路层、导热绝缘层、铝基金属层、PCB铝基板、热管蒸发端、热管凝结端、热管传输段、箱体隔板、大功率元件、逆变器机柜、进气孔、鳍片散热端、散热风扇、热管散热器、出气孔、绝缘保护层，所述的导热绝缘层设置在铝基金属层上面，电路层设置在导热绝缘层上面；所述的热管蒸发端、热管凝结端和热管传输段构成的热管散热器与铝基金属层和大功率元件连接。

本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器与现有技术相比较有如下有益效果：本实用新型的光伏并网逆变器采用新型铝基PCB板制作线路板，并利用铝基板金属层散热层及大功率开关器件的散热面和热管散热器紧密结合，将逆变器元器件工作时产生的热量迅速传输、发散。使逆变器的功率器件得到有效冷却。同时线路板上涂覆绝缘保护层，有效的提高了逆变器的绝缘强度。另外，铝基PCB板与传统的环氧树脂PCB板相比，机械强度大为提高。从而克服了高原环境对光伏并网逆变器造成的不利影响，提高了逆变器工作的可靠性和稳定性，同时由于逆变器散热能力的大为增强，使逆变器的工作效率有了明显提高。　

附图说明

本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器有如下附图：

图1是本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器铝基覆铜板结构示意图；

图2是本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器铝基覆铜板A局部放大结构示意图；

图3是本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器热管散热器结构示意图；

图4是本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器逆变器机柜安装结构示意图；

图5是本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器B局部放大结构示意图。

其中：1、电路层；2、导热绝缘层；3、铝基金属基层；4、PCB铝基板；5、热管蒸发端；6、热管凝结端；7、热管传输段；8、体体隔板；9、大功率元件；10、逆变器机柜；11、进气孔；12、鳍片散热端；13、散热风扇；14、热管散热器；15、出气孔；16、绝缘保护层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型一种高原型分布式光伏并网逆变器技术方案作进一步说明。

一种高原型分布式光伏并网逆变器包括电路层1、导热绝缘层2、铝基金属层3、PCB铝基板4、热管蒸发端5、热管凝结端6、热管传输段7、箱体隔板8、大功率元件9、逆变器机柜10、进气孔11、鳍片散热端12、散热风扇13、热管散热器14、出气孔15、绝缘保护层16，所述的导热绝缘层2设置在铝基金属层3上面，电路层1设置在导热绝缘层2上面；所述的热管蒸发端5、热管凝结端6和热管传输段7构成的热管散热器4）与铝基金属层3和大功率元件9连接。

所述的PCB铝基板4和大功率元件9表面涂覆绝缘保护层16。

实施例1。

1、采用新型的线路板材料，增强电气元件的散热效果，提高逆变器的工作性能；增加线路板的机械强度，减少由于高原温差变化大而造成的变形和龟裂等破坏。

2、采用热管散热技术，热管属于一种传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热等优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。其导热能力已远远超过任何已知金属的导热能力。以前热管技术一直被广泛应用在宇航、军工等行业。将热管技术民用化，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠大风量风扇获得更好散热效果的传统散热模式。将热管技术应用于分布式光伏并网逆变器的散热系统，可以大幅度提高大功率逆变器的散热性能，在高原地区，也可在不降容使用的情况下提高逆变器的工作稳定性和可靠性。

3、在逆变器线路板及电器连接部分喷覆涂层保护膜，这是一层很薄的电子线路和元器件保护层，它可增强电子线路和元器件由于温度变化造成的结露等防潮防污能力和防止焊点和导体受到侵蚀，也可以起到屏蔽和消除电磁干扰和防止线路短路的作用，提高线路板的绝缘性能。此外，涂层保护膜也有利于线路和元器件的耐磨擦和耐溶剂性能，涂层保护膜对电路板具有良好的附着性，固化速度快、固化后对线路板起防潮、防震、防尘的作用。固化后为透明，具有弹性，外观漂亮。可修补，不妨碍不良电路板的返修。

针对高原地区对分布式光伏并网逆变器的主要影响在绝缘和温升两个方面。本实用新型的目的就是采用上述技术措施，提高逆变器的绝缘性能和散热能力。从而使光伏并网逆变器在高原使用，性能更加稳定，工作更加可靠。

本实用新型的内容：

1、光伏并网逆变器的PCB板采用新型铝基板制作。目前的逆变器线路板都是由传统的环氧玻璃布层压板和覆铜箔组成的PCB板制作。而铝基覆铜板由电路层1、导热绝缘层2和金属基层3组成，如图1、图2所示。电路层1（即铜箔）通常经过蚀刻形成印刷电路。导热绝缘层2是PCB铝基板核心技术之所在，它一般是由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成，具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能；金属基层3是铝基板的支撑构件，具有高导热性，一般为铝板，适合于鑽孔、冲剪及切割等常规机械加工。适合功率组件表面贴装SMT工艺。具有极好的散热效果和良好的绝缘性能和机械性能。

、在铝基PCB线路板的铝基金属面和大功率开关器件如大功率IGBT开关管的散热面加装热管散热器，如图3所示。热管元件基本可分为三段,热端即热管蒸发端5，冷端即热管凝结端6、绝热段即热管传输段7。热管的一端为热端,当热能通过热端,从逆变器线路板铝基散热面和功率器件的发热面将热源经管壁传给管内工作流体即工质,工质受热由液态变为汽态蒸发吸热,流体由蒸发汽态流向冷端,并在冷端凝结成液态,同时将凝结热传给外界冷源,这时在管内的液态靠自重又流回热端,这样周而复始的循环。完成加速散热，提高逆变器工作稳定性的目的。

、在逆变器铝基PCB线路板表面喷覆涂层保护膜，使线路板上的元器件及各管脚焊点和印刷电路覆上一层绝缘保护膜，如图4、图5所示。从而提高了各种电子元器件、IC芯片、已组装完毕的PCB线路板及其相关设备的绝缘性能，使其免受环境的侵蚀，在诸如含化学物质、震动、湿气、盐喷、潮湿与高温的情况下保护电路免受损害。因而提高并延长光伏并网逆变器的使用寿命，确保使用的安全性和可靠性。

Claims

1.一种高原型分布式光伏并网逆变器，包括电路层（1）、导热绝缘层（2）、铝基金属层（3）、PCB铝基板（4）、热管蒸发端（5）、热管凝结端（6）、热管传输段（7）、箱体隔板（8）、大功率元件（9）、逆变器机柜（10）、进气孔（11）、鳍片散热端（12）、散热风扇（13）、热管散热器（14）、出气孔（15）、绝缘保护层（16），其特征在于：所述的导热绝缘层（2）设置在铝基金属层（3）上面，电路层（1）设置在导热绝缘层（2）上面；所述的热管蒸发端（5）、热管凝结端（6）和热管传输段（7）构成的热管散热器（14）与铝基金属层（3）和大功率元件（9）连接。

2.根据权利要求1所述的高原型分布式光伏并网逆变器，其特征在于：所述的PCB铝基板（4）和大功率元件（9）表面涂覆绝缘保护层（16）。