光伏逆變器的案例
基于ICEPAK熱仿真的光伏逆變器結構優化
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[ 摘 要 ] 本文以獲得最優的整機結構布局為目標，采用ICEPAK軟件對若干型號的光伏逆變器進行了熱設計。首先介紹了相變導熱墊片在光伏逆變器散熱方案中的應用，根據熱仿真結果證實了比原始方案“陶瓷墊片”具有更好的工藝性和價格優勢、更小的溫升。接著利用ICEPAK出色的溫度/流體場解算能力，闡述了如何利用熱仿真結果輔助某型三相光伏逆變器調整機械設計，最終達到結構優化的過程。
[ 關鍵詞 ] 相變 熱仿真 結構優化
1. 前言
機械設計是光伏逆變器整機研發的重要內容，而光伏逆變器本身的結構特點決定了大部分機械件的總體尺寸、空間布局、形狀暨材質選擇又取決于整機熱設計。傳統的熱設計方法有解析法和實驗法。由于在實際產品中熱傳輸途徑非常復雜，解析法通常僅具有理論上的指導意義而難以滿足工程實際需求。實驗法雖然具有準確度高的優點，但是卻有耗時長、成本高及難以探測系統內部溫度等缺點。而基于流體力學、傳熱學、數值分析的現代熱仿真技術是一種高技術、高速度、低成本的方法，它對優化光伏逆變器的熱設計、為機械設計提供合理方向具有重要指導意義。隨著商用數值仿真軟件的完善，熱仿真技術得到了越來越廣泛的應用。本文通過產品實例，介紹了利用行業領先的Icepak軟件熱仿真來指導光伏逆變器結構優化。仿真結果都經過實際產品的實驗驗證，誤差均較小，表明Icepak具有較高的工程實用價值。
2. 相變導熱墊片的應用
某型單相組串光伏逆變器早期散熱方案如圖1，熱源為BOOST側晶體管和逆變側晶體管，晶體管與散熱器間為2mm厚陶瓷墊片。為獲得更好的導熱效果，陶瓷墊片兩個底面要預先涂導熱膏。在安裝時為定位各陶瓷墊片，又需要事先將2個“陶瓷墊片定位塑料框(圖2)”固定在散熱器上。
展開 基于Flotherm分析的光伏逆變器的散熱設計
本文涉及的IGBT散熱器優化方案就是通過Command Center模塊實現的。
以上介紹了Flotherm的仿真原理，對于一個實際換熱問題， 借助flotherm實現仿真的前提需獲取物理模型參數，例如模型外形尺寸，關鍵器件尺寸，熱耗分布，接觸熱阻，材料屬性等等。
2.1 物理模型
下面對小功率光伏逆變器的物理模型參數作如下說明：
（1）邊界條件：環境溫度為60℃，標準大氣壓。氣流狀態為紊流，系統求解域定義為箱體體積的36倍。系統求解的迭代次數設為500次。
（2）主要尺寸參數：機箱的幾何尺寸為750×540×380mm，IGBT模塊熱源尺寸31.5×68.4×10mm，電抗器的尺寸為71×71×25mm。
（3）材料參數：本系統共涉及五種材料Steel（Mild），Copper（Pure），Aluminum-6061，Silicon Carbide（Typical），Typical ChipArray。其結構模型如圖1所示：
圖1 小功率光伏逆變器結構模型
小功率光伏逆變器主要由直流輸入模塊、升壓模塊、逆變模塊和交流輸出模塊組成。主要熱耗點分布于圖1所示的升壓和逆變PCB下端的A、B、C、D、E五個IGBT模塊以及位于機箱背部編號為1~7的七個電感。箱體中各單板或模塊上所有功耗器件的型號、熱耗、最大殼溫等參數見表1。
表1 關鍵功耗器件熱參數
關鍵功耗器件
熱耗（W）
允許Tcmax（℃）殼溫
M._A~M._C
108W
135℃
M._D~M.
展開 RS瑞森半導體碳化硅二極管在光伏逆變器的應用
主要性能：
極小的反向恢復電荷可降低開關損耗；
出色的熱管理可降低冷卻要求；
Vce(sat)正溫度系數易并聯；
低VF，高浪涌電流耐量；
符合軍工民用考核標準：GJB 7400-2011，器件參數一致性較好;
三、碳化硅在光伏逆變器的應用
碳化硅(SiC)是一種非常適合電力應用的半導體，這主要歸功于它能夠承受高電壓，比硅可使用的電壓高十倍。基于碳化硅的半導體具有更高的熱導率、更高的電子遷移率和更低的功率損耗；從而碳化硅(SiC)二極管已經進入迅速擴張的太陽能逆變器市場，尤其是在歐洲已經意識到了太陽能的優點，正在推動商業和個人使用太陽能，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統，為了最大限度利用太陽能，用碳化硅二極管的光伏逆變器更加具有較高的效率和可靠性。
展開 應用 | Icepak應用于光伏箱式逆變器的散熱分析
根據光伏箱式逆變器的輸入條件及指標要求，確定側面與底部進風、上出風的通風散熱方案，運用CFD仿真軟件ansys icepak對集裝箱在某地區夏季的最高氣溫等特定條件下的流場、溫度場仿真分析。通過分析流場、溫度，集裝箱方案設計滿足系統使用要求，并且從中摸索出一些關于風道、風機的設計依據。
光伏箱式逆變器是將光伏并網發電系統所需的交直流配電、逆變和監控通訊等設備集中安裝在一個特種封閉集裝箱內，完成光伏發電系統的并網控制、數據采集和遠程傳輸功能的裝置。光伏箱式逆變器因其成本低、安裝調試簡單、外形美觀、適應復雜環境能力強而廣泛應用，其結構如圖1所示。
光伏并網逆變器中發揮重要作用的主功率模塊
IGBT的熱耗是最大的，約10﹪的有功功率轉化為耗散功率，尤其是在集裝箱內這種多臺設備緊湊布置且空間相對狹小的環境中這部分熱量會使
IGBT模塊中的二極管芯結溫升高，系統可靠性降低，甚至導致設備停機或燒毀。因此應對集裝箱及逆變器采取良好的通風散熱措施，即使是在西北夏季最高氣溫下也能使集裝箱內溫度保持在適宜的范圍內。
1、理論基礎及仿真
集裝箱內逆變器、直流柜、通訊柜采用雙排布置模式，配電箱壁掛在集裝箱墻壁上，集裝箱采用底進風上出風的強制風冷散熱模式。
光伏箱式逆變器的物理模型參數說明如下：
1）環境溫度為某地區七月份最高氣溫45℃，大氣壓909hPa，氣流狀態為紊流，系統求解的迭代次數為200次。
2）集裝箱尺寸為長4000mm×寬2700mm×高 2896 mm，逆變器 IGBT模塊360mm×215mm×152 mm，電抗器652mm×658mm×400mm。由于功耗器件集成度較高，且主要熱源IGBT熱耗分布較均勻，工程仿真熱模型采用均勻體積熱源等效實際熱源。
展開 
光伏逆變器交流過壓問題怎么解決？
現在光伏并網發電越來越普及，尋常的百姓家也能實時見到光伏電站的身影了。然而，對老百姓來講，對光伏并網系統尤其是并網逆變器仍然沒有像對電視冰箱那樣的熟悉就，甚至連一些安裝公司的技術人員都還不能做到對逆變器常見故障的果斷迅速排查。
因此，當逆變器反饋出一些系統故障信息時，大家就會顯得束手無策了。因此了解解決逆變器故障的小竅門，是確保逆變器正常工作的重要條件。
從原理上來講，光伏逆變器自身是不會產生電壓的，逆變器顯示的電壓一部分來自光伏組件，叫做直流電壓，另一部分來自電網叫做交流電壓。如果 “并網逆變器顯示交流過壓問題”時該怎么處理。
根據相關規定，光伏并網逆變器必須在規定的電網電壓范圍內工作，能夠實時監測且與電網電壓同步，當逆變器檢測到電網電壓(交流電壓)超出規定的范圍時，那逆變器就必須跳脫停止工作，為的是確保設備安全及保護操作人員的人身安全。
根據多年來的“臨床經驗”，當逆變器出現交流過壓時無非以下三種情況：
情況一：并網距離太遠，導致電壓抬高
并網逆變器到電網并網點距離太遠，會導致逆變器交流端子側的電壓差增大，超過逆變器規定并網電壓范圍時，逆變器就會顯示電網過壓。另外，逆變器到并網點所使用的線纜太長、太細、出現纏繞或者材質不合規等情況，都會導致逆變器交流端電壓差增大，因此線纜選擇與合理布局使用就特別重要。
針對這種情況首先要排查并網距離是否過長，最好能選擇就近并網的方案;其次檢查線纜分布及線纜質量，選擇合理布線方式及合格交流電纜。
情況二：多臺逆變器集中一個接入點
國內光伏發電其實興起時間并不長，供電局在選擇逆變器并網時經驗不是很多，而且有時候會顯得不專業或者欠考慮。經常出現的情況就是，將多臺單相逆變器接到同一相上，這樣就很容易導致電網電壓不平衡，而且電網電壓抬高，自然造成并網電壓過高。
展開 光伏并網逆變器
有沒有研究光伏并網逆變器和儲能變流器的博士呀？ 有崗位可以內推 有興趣的可以自薦或推薦哦????????
需求暴增的IGBT
光伏逆變器是太陽能光伏系統的心臟。光伏逆變器將太陽電池發出的直流電轉化為符合電網電能質量要求的交流電，并配合一般交流供電的設備使用。光伏逆變器的性能可以影響整個光伏系統的平穩性、發電效率和使用年限。
IGBT是光伏逆變器的核心器件。光伏裝機容量的迅速提升驅動逆變器行業成長，同時為IGBT的高速發展提供動力。
光伏發電原理：
資料來源：方正證券研究所整理
全球光伏逆變器
市場高速增長
政策激勵拉動逆變器出貨量提升。各國政府的各項激勵措施極大促進了光伏行業的發展，光伏逆變器的出貨量大幅提高。2020年全球光伏逆變器的出貨量達到185GW，2013-2020年間復合增速為24%。
存量替換需求持續。逆變器中IGBT等電子元器件使用年限一般為10-15年，而組件的運營周期是25年，所以逆變器在光伏組件的生命周期內至少需要更換一次。據測算，2020年全球光伏逆變器的更替需求約為8.7GW，同比增長近40%。
展開 光伏也用氮化鎵！英飛凌搶先進入
全球范圍內的光伏行業正以良好的勢頭發展著，
光伏逆變器
也逐漸成為氮化鎵最大的應用領域之一。近日，又有一個專注開發用于光伏逆變器的GaN技術的研究團隊取得新進展，其搭載了
英飛凌
的
首項GaN技術
，并有望盡快投入實際使用。
GaN-HighPower光伏逆變器
搭載英飛凌GaN技術
4月7日，據外媒報道，由
英飛凌
、
SMA Solar Technology
等
聯合開展的
GaN-HighPower
項目目前正處于穩步進行階段，而該項目的光伏逆變器
氮化鎵新技術
正在開發和
實際測試
中。
據悉，GaN-HighPower項目由政府資助，并得到
德國聯邦經濟事務
和氣候行動部 (BMWK) 約 380 萬歐元（
約2600萬人民幣
）的資金支持。目前，該項目正由
IEE
研究所協調測試，研究開發新組件并優化系統，使其盡可能高效運轉并盡快投入使用。
SMA Solar Technology AG 是世界領先的光伏和電池逆變器制造商之一，SMA 創新中心電力電子負責人 Klaus Rigbers 博士表示，GaN-HighPower聯合研究項目是開發基于氮化鎵半導體的
電源轉換器
，目的是為
光伏應用
準備下一代具有成本效益、資源節約和
高效
的轉換器，以降低成本和重量，同時
保持高效率
。
值得注意的是，
英飛凌
將負責這個光伏逆變器項目的氮化鎵半導體技術研究。
展開 半導體碳化硅（SiC）行業研究：打開新能源汽車百億市場空間
以羅 姆公司設計的 SiC 逆變器為例，使用全 SiC 模組后，主逆變器尺寸降低 43%，重 量降低 6kg。
4) 降低系統成本。目前 SiC 器件的價格是硅基器件的 4-6 倍，但采用 SiC 器件實現 了電池成本的大幅下降和續航里程的提升，綜合降低了整車成本。使用 SiC- MOS 的驅動逆變器，器件帶來的成本增加約為 75~200 美元，然而從電池、無 源元器件、冷卻系統節省的成本在 525~850 美元，系統性成本顯著下降。相同 里程條件下，采用 SiC 逆變器單車可節省至少 200 美元。
3.2 光伏逆變器
碳化硅功率器件能提高光伏逆變器轉換效率，減少能量損耗。光伏發電方面， 目前基于硅基器件的傳統逆變器成本約占系統 10%左右，卻是系統能量損耗的主要 來源之一。使用 SiC-MOS 為基礎材料的光伏逆變器，轉換效率可從 96%提升至 99% 以上、能量損耗降低 50%以上、設備循環壽命提升 50 倍，從而能夠縮小系統體 積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。高效、高功率密度、高可 靠和低成本是光伏逆變器的未來發展趨勢。在組串式和集中式光伏逆變器中，碳化 硅產品預計會逐漸替代硅基器件。目前國內在光伏領域應用碳化硅光伏逆變器的很 少，但在全球范圍內已經有光伏逆變器公司開始應用碳化硅光伏逆變器，比如西班 牙 Ingeteam 公司的 TLM 系列。
3.3 軌道交通
在軌道交通方面，軌道交通車輛中大量應用功率半導體器件，其牽引變流器、 輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機都有使用碳化硅器件 的需求。
展開 速來圍觀|瑞森半導體慕尼黑華南電子展主題演講
wx_fmt=jpeg&wxfrom=13" alt="圖片"></p><p><strong>02 核心分享</strong></p><p>本次演講，瑞森半導體聚焦光伏/風能發電儲能系統、電動汽車及充電樁等領域。分享功率半導體作為電力電子行業的驅動力，在新能源領域的價值體現。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/qqVoyF7rkJ7KtNKaTtPgNWCgmK2LzoB5qenmtst0KOicLnWS9vjNIRYwhribnrWLwxdz0cb9Xd3xWfuibxsJnNj2g/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" alt="圖片"></p><p><strong>03 新能源之光伏逆變器</strong></p><p>光伏逆變器是光伏發電系統主要部件之一。光伏系統一般由光伏組件、逆變器、其他配電設備等組成。通過組合 Si 和 SiC 器件的使用，目前逆變器的電路有多種方案。而SiC器件可提升逆變器的效率。使用碳化硅功率器件的光伏逆變器可將系統轉換效率從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 50%以上，設備循環壽命提升 50倍。瑞森半導體針對光伏逆變器提供功率半導體解決方案。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/qqVoyF7rkJ5p46JqkDv1aceDohmDliboa5ia2BYmRqDWKAFibMBUj9IgVK0xBjB7hhag0GI2fycLrlrkYuWf2gacg/640?
展開 家庭戶用光伏是如何設計出來的？
一、戶用光伏的定義
戶用光伏，也被稱作家用光伏，是指將太陽能轉化為電能的技術，通過安裝在家庭屋頂或戶外的光伏組件，將太陽能轉換為直流電，再通過逆變器將其轉換為交流電，以供家庭使用。根據光伏組件的不同種類，家用光伏可以分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池等不同種類。其原理是通過光電效應將太陽能轉化為電能，從而實現家庭自發電。
二、戶用光伏設計方法
1.太陽能電池板的選用
太陽能電池板是光伏發電系統的核心部分，因此選擇高效的太陽能電池板非常重要，能夠更好地將光能轉化為電能，提高光伏發電系統的輸出功率。在選購時，應當關注其轉化效率和耐久性。
2.合理規劃電池容量
電池容量的大小直接影響到光伏發電系統的儲電能力和使用壽命。如果電池容量過小，會導致在夜晚或陰天時電能不足；而電池容量過大，則會增加初期投資成本。因此，在家庭光伏設計時，應當合理地規劃電池容量，以滿足家庭用電需求和儲電能力的要求。
3.對光伏逆變器進行正確配置
光伏逆變器是將直流電轉化為交流電的核心設備，其配置應遵循以下原則：
（1）逆變器應具有高效性和可靠性，以確保光伏發電系統產生的電能可以被充分利用；
（2）應選擇功能齊全、易于操作的光伏逆變器，以便于后續管理和維護。
4.合理布局電池和控制器
在光伏發電系統中，電池和逆變器的布局也非常重要。電池應安裝在通風、干燥的地方，避免在高溫和潮濕的環境下使用。而逆變器應安裝在距離電池較近、通風較好的地方，以便于對光伏發電系統的監控和控制。
三、戶用光伏的發展趨勢
戶用光伏有著廣闊的發展前景，如今科技的發展迅速以及光伏技術的不斷升級，光伏板的發電功率一直在提升，伴隨而來的是用電的成本也會大大降低。
展開 
光伏技術的沿革、發展和未來
光伏產業鏈下游建設，一是重點關注逆變器環節，光伏逆變器是光伏發電系統的心臟，是光伏電站最重要的核心部件之一。
光伏逆變器散熱原理分析
在夏天運行的逆變器，外殼溫度比較高觸碰會有燙手的感覺。那么逆變器外殼是熱好還是不熱好？以及為什么外殼會有燙手的感覺？下面就針對這個兩問題結合逆變器散熱來做一些分析和解答。
一、常見金屬導熱系數及散熱器材料選擇
銀導熱性最好，銅、金次之，然后是鋁，而散熱器通常用鋁來制作主要因為：相較于金、銀、銅而言，鋁的重量輕、價格便宜而且耐腐蝕、利用加工設備可以制成各種復雜的形狀，能滿足電子電力行業對散熱器的諸多要求，因此被認為是制作散熱器的最佳材料。
二、熱傳導和熱均衡
逆變器中的元器件都有其額定工作溫度，如果逆變器散熱性能差，隨著逆變器持續工作，元器件的熱量傳遞不到外界，其溫度就會越來越高。溫度過高會降低元器件性能和壽命，為了保持逆變器內部元器件工作溫度在額定溫度范圍內，保證其效能和使用壽命，就需要導熱材料把逆變器內部熱量傳遞出來。
從熱傳導角度來講，逆變器內外溫度越均衡，即內部發熱元器件和散熱器、外殼溫度越接近，其熱能傳導性越好。如果逆變器外冷內熱，意味著逆變器散熱性能不優。
這就類似保溫杯與普通水杯的關系。裝有相同溫度熱水的杯子，普通杯比保溫杯散熱快，杯壁也比保溫杯杯壁燙。這是因為保溫杯內外壁之間為真空，無導熱介質，因此外壁溫度低，內部熱量散不出去，達到保溫效果；普通杯的杯壁為單層，能較好的傳遞內部熱量，因此外壁發燙但降溫比保溫杯更快。
逆變器的散熱原理與單層杯散熱原理類似，能將逆變器內部元器件的熱量快速地傳遞出來，達到迅速降低逆變器內部元器件溫度的目的，逆變器提高工作和使用壽命。
由上可知良好的散熱性能對于逆變器十分重要，下面就具體講解逆變器發熱和散熱的基本原理。
三、逆變器散熱和散熱設計
1、電路中，有源元器件只要通上電流就會有熱量產生。
展開 2025大賽優秀作品 | 逆變器系統IGBT模塊連接可靠性仿真優化及AI技術應用探索
作品名稱：逆變器系統IGBT模塊連接可靠性仿真優化及AI技術應用探索
作者：陽光電源股份有限公司 中央研究院 | 武文杰/時曉蕾/關鵬
關鍵詞：熱固耦合，參數化建模，響應面優化，ROM降階
作者說
Ansys強大的多物理場耦合分析能力，以及和主流建模工具的無縫集成，為工程問題提供了堅實理論支撐與高效求解路徑，將傳統經驗試錯模式升級為仿真正向驅動設計，助力企業大幅縮短研發周期；optiSLang的ROM降階技術，使得不具備編程基礎的仿真工程師也能低成本借助AI工具進行仿真提效，大幅降低了智能分析的技術門檻，真正實現了工程效率與專業精度的平衡。
基于PCB板+IGBT模塊+散熱器總成精細化熱-固耦合仿真模型，精準復現整機由于各層結構CTE不同導致的“呼吸效應”熱變形
首先通過構建PCB板+IGBT模塊+散熱器熱-固耦合模型，精準復現因CTE差異導致的“呼吸效應”熱變形，定位溫度循環動載荷致Pin針焊層疲勞失效的原因；通過Creo參數化建模并與Ansys Workbench聯合，結合響應面優化Pin針結構參數，尋優時間縮至24h內，優化方案相比于傳統結構最高改善幅度達76%；最后利用optiSLang建立ROM降階模型，實現Pin針拉力毫秒級預測，準確度超99.9%。
挑戰/需求
基于遺傳算法，利用響應面優化方法對Pin針結構參數進行優化，尋優時間縮短至24h以內，優化方案相比于傳統結構最高改善幅度達76%
PIN針作為連接IGBT模塊與PCB板的電流導通關鍵部件，其在溫度循環工況下的結構可靠性直接決定光伏逆變器的性能安全與運行穩定性。
展開 如何搭建一套家庭光伏發電系統？
光伏逆變器選用XXX型光伏逆變器，其輸入輸出參數如下表所示。
