1MW光伏并網(wǎng)移動(dòng)房排風(fēng)散熱設(shè)計(jì)

1 引言

大型光伏電站的機(jī)房是保證電站長(zhǎng)期、可靠、安全發(fā)電的關(guān)鍵，隨著光伏電站規(guī)模的擴(kuò)大，機(jī)房設(shè)計(jì)變得尤為重要。1MW光伏并網(wǎng)移動(dòng)房是專為光伏逆變器并網(wǎng)發(fā)電而設(shè)計(jì)的專用機(jī)房，移動(dòng)房的排風(fēng)散熱設(shè)計(jì)是保證移動(dòng)房順利運(yùn)行的保障，更是保證移動(dòng)房?jī)?nèi)部逆變器等設(shè)備長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行的保障。1MW光伏并網(wǎng)移動(dòng)房?jī)?nèi)部設(shè)備，包括2臺(tái)500kW光伏并網(wǎng)逆變器，2臺(tái)500kW直流配電柜和1臺(tái)1MW交流配電柜。1MW光伏并網(wǎng)移動(dòng)房的排風(fēng)散熱設(shè)計(jì)，是保證內(nèi)部設(shè)備長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)牽涉到眾多環(huán)境因素和內(nèi)部逆變器的自身散熱特點(diǎn)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮各種可能的影響因素和進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到的因素

1MW光伏并網(wǎng)移動(dòng)房?jī)?nèi)部裝有2臺(tái)500kW逆變器,2臺(tái)500kW的直流配電柜和1臺(tái)1MW的交流配電柜，組成一個(gè)獨(dú)立的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)?？紤]到光伏電站的成本因素和施工的難易程度及進(jìn)度問題，業(yè)主越來越傾向于采用移動(dòng)房式的機(jī)房，而不用建造水泥房的方式放置逆變器等設(shè)備，高原和沙漠地帶建造水泥房的成本非常高，而且施工周期很長(zhǎng)。1MW光伏并網(wǎng)移動(dòng)房需要滿足各種使用環(huán)境，因而要求具有良好的防水、防沙和防塵性能，良好的隔熱保溫性能，并擁有良好的排風(fēng)散熱性能，滿足長(zhǎng)期野外耐用要求等。逆變器和交直流配電柜本身的排風(fēng)散熱特點(diǎn),也應(yīng)綜合考慮到整個(gè)移動(dòng)房排風(fēng)散熱系統(tǒng)中去。逆變器作為移動(dòng)房散熱的主要設(shè)備，特別是逆變器的主模塊和電抗器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，必須能夠順利排放到戶外，而不會(huì)影響到其它部位的散熱。移動(dòng)房的隔熱保溫性能除采用雙層結(jié)構(gòu)的房頂外，移動(dòng)房的墻壁內(nèi)均需要填充隔熱保溫材料。

3  進(jìn)風(fēng)口的設(shè)計(jì)

進(jìn)風(fēng)口的設(shè)計(jì)，首先要能夠滿足防水、防沙和防塵要求，并要能夠擁有充分的進(jìn)風(fēng)量。放置在移動(dòng)房?jī)?nèi)的設(shè)備，逆變器和交直流配電柜機(jī)柜本身的進(jìn)風(fēng)口面積要定量計(jì)算，計(jì)算時(shí)應(yīng)計(jì)算實(shí)際有效的進(jìn)風(fēng)面積，百葉窗和過濾棉均要計(jì)算在內(nèi)。百葉窗需要計(jì)算實(shí)際有效的進(jìn)風(fēng)面積，過濾棉的有效進(jìn)風(fēng)系數(shù)應(yīng)一并考慮在內(nèi)。逆變器和交直流配電柜的進(jìn)風(fēng)口在機(jī)柜的前后并靠下側(cè)布置，在移動(dòng)房上布置進(jìn)風(fēng)口的位置時(shí)應(yīng)與內(nèi)部設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口高度位置相當(dāng)，也應(yīng)布置在移動(dòng)房前后靠下側(cè)的位置。進(jìn)風(fēng)口的實(shí)際有效進(jìn)風(fēng)面積也應(yīng)該定量計(jì)算，要求移動(dòng)房的實(shí)際有效進(jìn)風(fēng)面積為內(nèi)部設(shè)備的實(shí)際有效進(jìn)風(fēng)面積的（1.5-2）倍，進(jìn)風(fēng)口應(yīng)采用百葉窗加過濾棉的結(jié)構(gòu)，但盡可能減小進(jìn)氣的風(fēng)阻，并起到有效的防塵和防沙作用。在不影響防塵和防沙的前提下，可適當(dāng)放大進(jìn)風(fēng)口的截面積。

4  出風(fēng)口的設(shè)計(jì)

出風(fēng)口同時(shí)也要求具有防水、防沙和防塵性能，并要求具有良好的出風(fēng)效果。由于逆變器與移動(dòng)房的后墻壁之間的距離在1m以內(nèi)，逆變器和交直流配電柜的出風(fēng)口均設(shè)置在機(jī)柜的頂部，所以移動(dòng)房的出風(fēng)口應(yīng)開在移動(dòng)房的后面墻壁靠上的位置，并制作風(fēng)道將逆變器的風(fēng)道法蘭與墻壁上的出風(fēng)口接口連接，使得逆變器和直流配電柜的熱量通過風(fēng)道直接排放到移動(dòng)房的外部，移動(dòng)房出風(fēng)口的實(shí)際有效出風(fēng)口面積要為逆變器和直流配電柜實(shí)際有效出風(fēng)口面積的（1-1.5）倍。移動(dòng)房的出風(fēng)口用百葉窗內(nèi)部加絲網(wǎng)的方式，但不能夠加過濾棉，過濾棉的風(fēng)阻較大，而其出風(fēng)口是依靠逆變器自身的風(fēng)機(jī)將熱量排出移動(dòng)房，故不能夠加過濾棉。交流配電柜運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量較小，故交流配電柜的熱量可以直接排放在房?jī)?nèi)。若逆變器離墻壁出風(fēng)口的風(fēng)道距離大于1m時(shí)，則需要考慮在移動(dòng)房出風(fēng)口處增加風(fēng)機(jī)排風(fēng)。排風(fēng)機(jī)總的額定風(fēng)流量約為逆變器總的風(fēng)流量的1.25倍。

5  逆變器熱量和房?jī)?nèi)熱量獨(dú)立排風(fēng)散熱設(shè)計(jì)

逆變器工作的時(shí)候，主要的熱量通過獨(dú)立的風(fēng)道直接排到移動(dòng)房的外面，同時(shí)也會(huì)輻射一部分熱量在移動(dòng)房的內(nèi)部，再加上交流配電柜運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，這時(shí)移動(dòng)房自身也需要有排風(fēng)散熱通道。移動(dòng)房的房頂設(shè)計(jì)成雙層結(jié)構(gòu)，這樣，可以有效阻止太陽輻射引起的房?jī)?nèi)溫度升高，若在低溫時(shí)也會(huì)具有較好的保溫效果。在房頂?shù)奈蓍芴幊戮_有出氣孔，內(nèi)部焊接絲網(wǎng)，不可加過濾棉，在房頂內(nèi)側(cè)加排風(fēng)扇將房?jī)?nèi)的熱量通過房頂?shù)碾p層結(jié)構(gòu)和屋檐排氣孔排到戶外，屋檐處的排氣孔可以在屋檐一周均有布置，在保證防沙塵的情況下盡量多開。若房?jī)?nèi)溫度較高，只依靠房頂?shù)呐棚L(fēng)機(jī)無法良好的控制房?jī)?nèi)溫升時(shí)，可在后墻壁的上方開口并加百葉窗，在百葉窗的內(nèi)側(cè)再增加排風(fēng)扇排風(fēng)。

6 1MW光伏并網(wǎng)移動(dòng)房熱設(shè)計(jì)的模擬過程

6.1工作條件

環(huán)境溫度按照50?C進(jìn)行。

移動(dòng)房中2臺(tái)500kW逆變器的熱空氣由頂部900C風(fēng)道直接排到戶外.

移動(dòng)房?jī)?nèi)部的熱量主要通過房頂風(fēng)機(jī)通過屋檐開孔排到戶外。

6.2模擬的目標(biāo)

逆變器獨(dú)立散熱與移動(dòng)房自身散熱相互影響比較小，因此，驗(yàn)證目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槟孀兤黜斣黾由巷L(fēng)道后對(duì)逆變器內(nèi)模塊溫升的影響。

6.3模擬結(jié)果

增加風(fēng)道將逆變器的熱量直接通過風(fēng)道排到戶外，對(duì)逆變器內(nèi)部的IGBT和電抗器的溫升均有影響。模擬結(jié)果顯示IGBT以及電抗器溫度變化均非常小。

因此，采用這種直接將熱風(fēng)導(dǎo)出戶外的做法并沒有明顯增加系統(tǒng)模塊的溫度。

7 1MW光伏并網(wǎng)移動(dòng)房風(fēng)道的局部

圖1為MW級(jí)光伏并網(wǎng)移動(dòng)房排風(fēng)散熱中風(fēng)道設(shè)計(jì)的截面圖。

圖1

8 總結(jié)

太陽能光伏并網(wǎng)電站用1MW移動(dòng)房的排風(fēng)散熱是保證內(nèi)部設(shè)備長(zhǎng)期良好運(yùn)行的保障，同時(shí)又不能夠單純只考慮排風(fēng)散熱而忽略了野外惡劣的使用環(huán)境，需要綜合考慮并優(yōu)化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，特別是實(shí)際有效的進(jìn)出口面積，還要結(jié)合逆變器自身進(jìn)出風(fēng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并且使得各部分的熱量不會(huì)相互干涉，采用獨(dú)立的風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效避免房?jī)?nèi)的溫升過高問題。能夠保證逆變器及交直流配電柜長(zhǎng)期安全可靠的運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介

王耀邦（1984.01.05—），男，工程師，主要從事光伏并網(wǎng)逆變電源的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。