業(yè)內(nèi)都知道光伏電站壽命要達(dá)到25年，這個(gè)“概念”。然而這個(gè)“概念”卻無(wú)法得知出處。本文將從光伏電站核心－－逆變器的可靠性設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，去論證逆變器的壽命。
逆變器屬于電力電子產(chǎn)品，特別是組串式逆變器，我們可以把它認(rèn)為是一臺(tái)電視機(jī)、一臺(tái)電冰箱。7、80年代出生人，對(duì)自己家的家用電器應(yīng)該記憶猶新。那個(gè)時(shí)代，家里的日本產(chǎn)的電視機(jī)、電冰箱都用到了21世紀(jì)初。跨度達(dá)到了20年，所以，一個(gè)電力電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和使用壽命達(dá)到20并不是一個(gè)“概念”。筆者曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)SMA的sun boy 3kw逆變器用了12年，依舊嶄新。
但是上述產(chǎn)品都安裝在室內(nèi)，使用環(huán)境相當(dāng)好。
1．1 “產(chǎn)品的可靠性”學(xué)科的來(lái)歷
產(chǎn)品可靠性是一個(gè)科學(xué)體系，是一門學(xué)科。其前身是伴隨著軍工和兵器工業(yè)的發(fā)展而誕生和發(fā)展。具有代表性的事件是，德國(guó)發(fā)射的火箭不可靠及美國(guó)的航空無(wú)線電設(shè)備不能正常工作。德國(guó)使用V－2火箭襲擊倫敦，有80枚火箭沒(méi)有起飛就爆炸，還有的火箭沒(méi)有到達(dá)目的地就墜落；美國(guó)當(dāng)時(shí)的航空無(wú)線電設(shè)備有60％不能正常工作，其電子設(shè)備在規(guī)定的使用期限內(nèi)僅有30％的時(shí)間能有效工作。二戰(zhàn)期間，因可靠性引起的飛機(jī)損失慘重，損失飛機(jī)2100架，是被擊落飛機(jī)的1．5倍。
1939年瑞典人威布爾為了描述材料的疲勞強(qiáng)度而提出了威布爾分布，后來(lái)成為可靠性最常用的分布之一。德國(guó)的V－1火箭是第一個(gè)運(yùn)用系統(tǒng)可靠性理論計(jì)算的飛行器。德國(guó)在研制V－1火箭后期，提出用串聯(lián)系統(tǒng)理論，得出火箭系統(tǒng)可靠度等于所有元器件、零部件乘積的結(jié)論。根據(jù)可選性乘積定律，計(jì)算出該火箭可靠度為0．75。而電子管的可選性太差是導(dǎo)致美國(guó)航空無(wú)線電設(shè)備可靠性問(wèn)題的最大因素。于是美國(guó)在1943年成立成立電子管研究委員會(huì)，專門研究電子管的可靠性問(wèn)題。
所以我們今天看到的產(chǎn)品可靠性評(píng)估報(bào)告中引用的標(biāo)準(zhǔn)都是軍用標(biāo)準(zhǔn)就不足為奇了。比如我們國(guó)家的電子產(chǎn)品評(píng)估系統(tǒng)中，引用的標(biāo)準(zhǔn)都是軍標(biāo)－－GJB／Z299B－98（國(guó)軍標(biāo)）；MIL－HDBK（美軍標(biāo)）。
2．逆變器的主要組成和壽命
逆變器主要由印刷線路板、IGBT、直流母線電容器、液晶顯示屏幕組成。為什么這樣分類，主要是從部件壽命的角度出發(fā)。大部分的電阻、電感、電容都焊接到了印刷線路板上，所以這些元器件的可以歸為一類。IGBT是開(kāi)關(guān)元器件，也是焊接在線路板上面，比較耐高溫，原則上也可以歸類于印刷線路板。母線電容的壽命與溫度和電壓有很直接的關(guān)系，所以單列出來(lái)。液晶屏幕是整個(gè)逆變器的最易損件，壽命最短，也需要單列。（很多廠家逆變器都沒(méi)有液晶顯示屏幕，就是考慮了產(chǎn)品的可靠性。）
2．1直流母線電容的壽命預(yù)計(jì)
根據(jù)NCC電容壽命計(jì)算公式：
此處：LX＝預(yù)期電容壽命（小時(shí)）
L0＝電容標(biāo)稱壽命（3000小時(shí)）
T0＝電容標(biāo)稱的額定工作溫度（105度）
T＝電容實(shí)際工作溫度
T＝75，為逆變器在45度環(huán)境溫度下測(cè)試的最大電容溫度；
如果一天逆變器滿載工作4小時(shí)，則電容的壽命：
＝24000／4／365＝16．4年
如果一天逆變器滿載工作6小時(shí)，則電容的壽命：
＝24000／6／365＝10．9年
金屬薄膜電容器具有高儲(chǔ)能密度、造價(jià)低、軟失效等特性，它是由兩張單面蒸涂薄金屬（鋁或鋁合金）的有機(jī)膜繞卷而成的，由于膜帶有雜質(zhì)或缺陷的區(qū)域，這些區(qū)域的耐電強(qiáng)度較低，形成“電弱點(diǎn)”。在外施電壓不斷作用下，電弱點(diǎn)處薄膜會(huì)先被擊穿而形成放電通道，在薄膜被擊穿的同時(shí)，電荷通過(guò)擊穿點(diǎn)形成大電流，引起局部高溫，擊穿點(diǎn)處的薄金屬層會(huì)迅速蒸發(fā)并向外擴(kuò)散使絕緣恢復(fù)，這種特性即為電容器的“自愈”。電容器不斷“自愈”的結(jié)果是，電容器電容值不斷下降，當(dāng)超過(guò)初始容值的5％時(shí)，電容器容值不再滿足要求，發(fā)生退化失效。除了退化型失效外，電容器還可能被擊穿（對(duì)外呈短路狀態(tài)）該失效模式是突發(fā)型的，這種突發(fā)失效可能
受電容器容值影響，電容器不斷自愈容值降低后，其被擊穿的可能性增加。
所以薄膜電容的失效或者說(shuō)故障與電壓高低和使用溫度有很大的關(guān)系。
2．2 印刷線路板與IGBT
電子產(chǎn)品的失效產(chǎn)生于不良的設(shè)計(jì)、元件失效及生產(chǎn)過(guò)程工藝問(wèn)題，而目前電子產(chǎn)品的組裝方式主要以表面貼裝焊接（SMT）、通孔插裝焊接（THT）或兩者的混合工藝為主要裝配形式，在組裝件的基本構(gòu)成中，元件、PCB、互連焊點(diǎn)三者都關(guān)聯(lián)著產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。
目前電子產(chǎn)品的失效形式主要有兩大類。
一類是組成產(chǎn)品的元器件在一定的溫度、濕度、EOS等環(huán)境中的功能失效，導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品電氣性能失效．
另一類就是在產(chǎn)品中起互聯(lián)作用的焊點(diǎn)失效，電子電路中電氣信號(hào)的暢通、機(jī)械連接的可靠將完全由互連焊點(diǎn)保障，焊點(diǎn)失效可能導(dǎo)致整個(gè)電子電路癱瘓。
就IBGT而言，IGBT有著比較好的高溫特性，可以看做一個(gè)開(kāi)關(guān)。目前很少有聽(tīng)說(shuō)IBGT元器件本身失效的問(wèn)題。那么這里也可以把IGBT歸為普通的元器件。
總結(jié)起來(lái)，印刷線路的失效就是元器件本身，和焊接點(diǎn)失效兩種。
2．3 液晶屏失效
液晶屏失效的種類可以說(shuō)是五花八門。筆者見(jiàn)過(guò)很多故障。
首先是按鍵故障：
市面上大部分的逆變器都是按鍵操作的，這種故障往往就是接觸不良，元器件接觸點(diǎn)老化造成的。
然后就是黑屏：
黑屏故障主要是電源及背光燈驅(qū)動(dòng)板故障和信號(hào)轉(zhuǎn)換及液晶驅(qū)動(dòng)板故障。由于信號(hào)轉(zhuǎn)換及液晶驅(qū)動(dòng)板屬小信號(hào)處理，功耗極小，因此故障率相對(duì)較低。所以黑屏故障一般主要是電源和驅(qū)動(dòng)部分。
那么主要問(wèn)題來(lái)了，電源和驅(qū)動(dòng)板由于功耗較大如果散熱不良，線路板容易老化，同時(shí)濾波的電解電容的電解液容易被烤干。
那么綜上所述還是溫度惹的禍。
3．電子產(chǎn)品可靠性的計(jì)算方式
3．1 產(chǎn)品的可靠性的概念
逆變器的可靠性是指在規(guī)定條件下（比如：45℃），且于指定時(shí)間內(nèi)（比如：25年），能依要求發(fā)揮功能的概率。
假設(shè)開(kāi)始時(shí)有1000臺(tái)逆變器安裝在一個(gè)項(xiàng)目上，十年后正常工作50臺(tái)則十年后的（87600小時(shí)）
可靠性R（t＝87600H）為50／100＝0．5
同理故障率為50／100＝0．5
所以逆變器的可靠性是一個(gè)隨時(shí)間變化的函數(shù)
