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光儲之家 | 光儲系統(tǒng)中的“熱”知識
光儲之家
光儲系統(tǒng)中，如何散熱是最重要的問題是，通過世界上著名調(diào)查BCC報告，目前大部分電子產(chǎn)品失效，55%的原因是由于散熱做得不好。電子器件工作的可靠性對溫度十分敏感，器件溫度在70-80度水平上每增加1度，可靠性就會下降5%，溫度過高將會使電子產(chǎn)品可靠性降低。
目前散熱方式主要有三種：一是自然散熱，二是強(qiáng)制風(fēng)冷，三是強(qiáng)制液冷。光儲系統(tǒng)中，組件、電纜、開關(guān)箱、小功率逆變器，小型電池箱等一般采用自然散熱，中大功率逆變器，中小功率儲能裝置，散熱系統(tǒng)一般采用強(qiáng)制風(fēng)冷的方式，大型鋰電池儲能集裝箱，有的廠家開始采用強(qiáng)制液冷的方式。
儲能系統(tǒng)對散熱有嚴(yán)格要求
隨著熱設(shè)計(jì)技術(shù)和電子技術(shù)的向前發(fā)展，光儲系統(tǒng)的安全性和壽命也取得了很大的進(jìn)步，技術(shù)上主要通過降低系統(tǒng)損耗和提升散熱效率兩方面來實(shí)現(xiàn)，逆變器的體積因此可以做到越來越小，重量越來越輕，儲能集裝箱，單位面積容量也可以做到越來越大，整體價格也越來越便宜。
降低系統(tǒng)損耗方面：逆變器有多電平技術(shù)，功率器件兩端的電壓越高，內(nèi)阻越高，開關(guān)頻率越高，損耗就越大，近年來推出的三電平，五電平結(jié)構(gòu)，電壓只有二電平的一半或者四分之一，開關(guān)頻率也可以減少到二電平的一半或者四分之一，因此多電平技術(shù)可以減少損耗。軟開關(guān)技術(shù)，應(yīng)用諧振原理，軟開關(guān)通過檢測功率器件的電流，當(dāng)功率器件兩端的電壓或流過功率器件的電流為零時才導(dǎo)通或者關(guān)斷，這樣開關(guān)管開關(guān)損耗降到最低；利用碳化硅材料的IGBT，內(nèi)阻可以做得很低，從而減少損耗。
提升散熱效率方面：熱管冷卻，利用的是熱管內(nèi)部的工質(zhì)蒸發(fā)吸熱對電子設(shè)備進(jìn)行冷卻，熱管兩端分別為冷凝段和蒸發(fā)段，中間是絕熱段。液體在蒸發(fā)段通過工質(zhì)蒸發(fā)氣化來吸收電子器件產(chǎn)生的熱量，產(chǎn)生的蒸汽在內(nèi)部壓力的作用下流向冷凝段被凝結(jié)為液體，然后液體依靠毛細(xì)力流到蒸發(fā)段，形成一個循環(huán)結(jié)構(gòu)。相變儲能冷卻，利用相變材料在相變的時候需要很大的潛熱，通過吸收電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量發(fā)生相變而自身溫度不變化，然后吸收的熱量利用其他方式散去。
除了關(guān)注常見的系統(tǒng)級的散熱設(shè)計(jì)外，光儲系統(tǒng)還有一些設(shè)備的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，表面看起來和溫度無關(guān)，但實(shí)際上卻是由溫度決定的。
導(dǎo)線的載流量就是導(dǎo)線能夠承載的電流最大值，如一根6平方毫米的電纜，能通過70A的電流，表面上載流量只和導(dǎo)線的材質(zhì)、截面積以及安裝環(huán)境有關(guān)系，但實(shí)際上，導(dǎo)線的載流量是由溫度決定，如果溫度足夠低，6平方毫米的超導(dǎo)體電纜也可以通過700A，甚至7000A的電流。
由于電氣線路本身具有電阻，通過電流時就會發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量會通過電線的絕緣層散發(fā)到空氣中去，導(dǎo)線越粗，電阻越小，同樣的電流發(fā)熱也就越小。如果電線發(fā)出去的熱量恰好等于電流通過電線產(chǎn)生的熱量，電線的溫度就不再升高，這時的電流值就是該電線的安全載流量。限制導(dǎo)線的載流量過大，是為了防止絕緣層被破壞，影響導(dǎo)線壽命，或者防止導(dǎo)線過熱燒斷，影響設(shè)備運(yùn)行，甚至起火燒壞設(shè)備。
在我們選用斷路器時，只要能確保額定電流符合斷路器額定電流的選用規(guī)則，那么這臺斷路器在使用時就不會有什么問題。那么到底斷路器的額定電流與什么因素有關(guān)？這最主要的因素就是溫度。
溫度升高，會使得金屬材料的強(qiáng)度降低。開關(guān)電器會因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度降低而嚴(yán)重影響到動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，整體性能參數(shù)直線下降。因此，在國家標(biāo)準(zhǔn)中，無論對高壓電器還是低壓電器，溫升都是型式試驗(yàn)的一項(xiàng)重要考核指標(biāo)，在GB14048.1-2012中規(guī)定，開關(guān)電器的平均環(huán)境溫度是35攝氏度，再加上65度的溫升，所以導(dǎo)電排的最高使用溫度為35+65=100攝氏度。斷路器的額定電流其實(shí)是由導(dǎo)電排的溫升來決定的，它的溫升不得超過標(biāo)準(zhǔn)GB14048.1-2012表2所規(guī)定的值。斷路器的溫升還與斷路器的安裝方式、開關(guān)柜的防護(hù)等級、環(huán)境溫度以及海拔高度有關(guān)。若開關(guān)柜的防護(hù)等級過高，或者環(huán)境溫度過高，或者安裝處的海拔高度超過2000m，則斷路器需要降容使用，即降低它的額定電流。
3、組件的發(fā)電量和溫度
光伏組件的發(fā)電量和光照有關(guān)，一般說來，輻照度越高，輸出功率就越高，每年7-8月的夏天是我國大部分地區(qū)輻照度的時候，但從統(tǒng)計(jì)的綜合數(shù)據(jù)上看，發(fā)電量最高的月份并不是輻照度最高的7-8月，而是5月或者10月份。
光伏組件是半導(dǎo)體材料，內(nèi)部有電阻，會消耗一部分電能，和銅鋁電纜材料一樣，光伏組件的內(nèi)阻也是隨著溫度的升高而增加，夏天紅外線強(qiáng)，紅外線熱量會提高光伏組件的溫度，降低發(fā)電量。所以雖然夏季是有強(qiáng)烈光照和增長的光照時間優(yōu)勢，但同樣會對電站的發(fā)電量產(chǎn)生負(fù)面影響，如夏季氣溫高，空氣濕度大，強(qiáng)降雨雷暴等惡劣天氣相對頻繁，這些因素都會影響光伏電站的發(fā)電量。
系統(tǒng)安裝時要注意溫度
組件和逆變器本身是一個發(fā)熱源，所有的熱量都要及時散發(fā)出來，不能放在一個封閉的空間，否則溫度會越升越高，逆變器要放在一個空氣流通的空間，要盡量避免陽光直射。多臺逆變器裝在一起時，為了避免相互影響，逆變器和逆變器之間要留有足夠的距離。
保持通風(fēng)和散熱，不管是組件還是逆變器，配電箱都要保持通風(fēng)，確保空氣流通。對于屋頂光伏電站的組件，不要為了多發(fā)電量，而不合理地安排光伏電站組件的排布，造成組件和組件之間互相遮擋，同時影響散熱通風(fēng)。要保證光伏組件、逆變器、配電箱四周開闊，如有雜物堆積，及時清理。
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