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光伏电站逆变器板房散热方案浅析
栏目:新能源   2019-05-22 10:07
    0引言
 
    随着不可再生能源的日益减少并逐渐面临枯竭的危机,光伏绿色能源的大力推广,对我们环境的整治及社会的可持续发展具有重要的意义。近年来,国家对大型光伏发电站的投入力度也越来越大,截止2014年总装机容量已达到45GWp,并呈现可持续增长趋势。大型光伏电站如何快速高效的建立也是电站投资者日益关注的问题。
 
    1大型光伏电站的基本组成
 
    建立完整的光伏电站分为以下几个部分:可以接受太阳光产生电能的光伏组件板,将多串组件汇流的光伏汇流箱,再将多个汇流箱再次汇流的直流柜,逆变器可将直流电转换成交流电,再经并网计量柜及升压设备接入并网点。
 
   
 
    光伏逆变板房是光伏电站的重要设备。因大型电站大多安装在野外,现场施工建房比较困难,工期也比较长,这样预装式逆变器板房成为光伏电站的首选设备。里面集成有直流柜交流柜及逆变器柜等光伏设备。采用独立板房设计,户外独立安装,通常为节约电缆铺设,被放置在电池组件旁,方便现场安装。预安装的板房设计,节约了现场安装工程的工作量,大大节约了工期,使电站尽快投入使用创造效益。
 
    2GRC逆变板房简介
 
    GRC箱式逆变器板房外壳采用框架结构,底座为焊接式槽钢结构,里面采用框架结构,用钢筋焊接作为框架,采用加强型非金属GRC材料作为箱壳,该材料内涵耐碱玻璃纤维,具有质轻、能有效抵抗水泥中高碱物质的侵蚀,耐碱性好,握裹力强,弹性模量、抗冲击、抗拉、抗弯强度极高,不燃、抗冻、耐温度湿度变化能力强,抗裂、抗渗性能卓越,具有可设计性强、易成型等特点,是广泛应用在高性能增强混凝土中的新型建筑材料,该材料阻燃隔热,坚固不变形适合长途运输及吊装作业。门采用双层钢板门,填充隔热保温阻燃石棉材料。箱体结构稳固,在起吊、运输和安装时不易变形或损坏。箱体顶盖的倾斜度不小于3°防止集留雨水。并装设防雨檐。标准预装式逆变器板房内部预安装有500KW逆变器及500KW直流柜。箱体内部中间带操作走廊。便于检修及维护。箱变所有的门向外开启,开启角度大于900,并设定位装置。门有密封措施,并装有把手、暗闩和能防雨、防堵、防锈的暗锁,铰链应采用内铰链。箱体基座和所有内外金属件均应进行防锈处理,并喷涂耐久的防护层。门、窗和通风口应设防尘、防小动物进入和防渗、漏雨水措施。成套设备满足防火等级A1类要求。外立面涂有防水材料和贴面砖增加美观性,并可印刷客户LOGO。使用寿命为25年。
 
    3GRC逆变器板房散热方案及热量计算
 
    因为500KW大功率光伏逆变器内部有大量整流模块,发热量很大,而逆变板房因户外放置,有一定的防护等级要求,设计要求IP54。因此,箱变内的通风散热要求就是我们今天需要讨论的问题。
 
    箱式逆变器板房采用下进上出(底进顶出)的自然通风模式,更适合于冷热空气的自然流动走向,较传统的侧进侧出的散热方式具有通风量更大,散热效果更好的特点。但是鉴于逆变器板房IP54的防护等级及板房墙壁的保温隔热的建筑材料特点,如果只限于自然通风方式,显然是远远不够的。下面分析一下逆变器板房内的空气流动特点及热源的来源。
 
    3.1.内部空气循环线路内部电气设备的摆放原则:
 
    3.1.1自然通风方式采用下进上出的通风方式,由板房的电缆进线地沟作为进风口,板房顶部的挡水沿内侧作为出风口(环板房外侧一圈)。
 
    3.1.2应保证板房的空气进风和出风与墙壁以及其他设备之间至少有200mm的距离;
 
    3.1.3应避免板房内的进风口和出风口之间产生空气短接,从而导致电控柜的排风能力不足,应保证进风口和出气口之间较小有50mm的空间,以使气流在板房内充分流动,从而尽可能的带走热量;
 
    3.1.4板房冷空气的导入:冷空气的进入孔和每个功效部件之间必须至少保持200mm的距离;
 
    3.1.5为使逆变器产生的热量尽快的排出室外,尽量减少不对室内其他设备产生影响,我们采用逆变器独立散热通道的方式直接将逆变器的热量用风管排出室外。
 
    综上所述,板房内空气循环线路图见下图:
 
   
 
    3.2板房内所需排风量的计算:
 
    3.2.1控制柜内部温度的设定:
 
    电气设备所适宜的温度一般设定到+35℃左右,此温度值可在元件的使用寿命、冷却功率和冷凝水滴落之间产生较好的协调性,大约每10K的温升将会导致使用寿命折半,故障损坏几率也将翻倍。考虑到环境温度的影响和大的发热元件的影响以及降温的经济可行性,我们选用风扇作为散热元件,我们的板房温度的控制设定在与环境温度的温差为10度做为计算依据。
 
    3.2.2板房内环境监控器传感器的放置:
 
    可将温度监控系统的温度监控点放置在受温度危害的部件的吸气区域中。避免将温度测量装置放置在存在受温度危害的部件的上部区域中,或无空气调节的电控柜区域中,因为这些位置通常会有较高的温度。而这些温度通常不能表征需要冷却的位置的温度。
 
    我们在板房内放置了2个传感器,来监控不同区域的温度情况,当一处的温度过高或过低,即将启动加热或冷却装置(风机)来调节室内的温度,如下图A、B所示:因为板房内放置的是大的发热元件,我们在此只讨论温度过高的情况,若使用地点温度很低,需要考虑温度过低的情况,我们在板房内预留了插座,在严寒夜晚极端恶劣的条件下,达到当地露点条件,可以使用空调或电加热元件来解决这一问题,在此不再表述。
 
    3.2.3逆变器所需风量计算:(以500KWP逆变器板房为例)
 
    Qf=Q/(Cp*P*△T)
 
    其中:Qf:空气流量,在较恶劣环境温度情况下,计算散热器较高温度达到需求时的较小风量。
 
    Q:被冷却设备的总热功率W,按逆变器的效率为98%。
 
    Cp:空气比热,1005J/(kg*℃)
 
    P:空气密度,1.29(kg/m3)
 
    △T:10℃,进出口处空气的温差。
 
    则:Qf=500000*0.02/(1005*1.29*10)=0.76(m3/S)=2736(m3/H)
 
    3.2.4板房的热辐射:(设计板房的尺寸为:W*H*D=3*2.65*2.4m)
 
    Qe=K*A*△T
 
    其中:K:热传导系数,我们的板房采用玻纤石棉和水泥钢筋结构,有良好的隔热效果,热传导系数为3.0.
 
    A:有效面积,A=(3+2.4)*2+*2.65+3*2.4=35.82(m2)
 
    △T:10K板房内外的温差。
 
    则:Qe=K*A*△T
 
    =3*35.82*10
 
    =1074.6(W)
 
    所需的风量:Qf1=Q/(Cp*P*△T)
 
    =1074.6/(1005*1.29*10)=0.083(m3/S)=300(m3/H)
 
    3.2.5排风风机的选择:
 
    综上所诉:逆变器用离心风机:至少选用3000m3/H风量的离心风机;
 
    屋顶的散热风机:至少选用250m3/H风量的轴流风机2只(考虑到配电柜的散热量及人员进入等因素)。
 
    因此,我们选用至少3500风量的优质离心风机,采用独立风道将热量排出室外。可以满足板房通风散热需要。
 
    3.3.进风孔通风量的核定:
 
    进风孔的进风方式采用直流柜与逆变器前的地面采用金属网孔板2块,与地下检修通道相通。每块金属网孔板上开圆形散热孔,均匀分布。
 
    3.3.1.每张板开ф12的圆孔648个,每块通风面积为
 
    S=3.14*36*648*0.000001
 
    =0.073(m2)
 
    3.3.2要求的通风面积:由L=3600*F*V
 
    其中:F::通风截面积
 
    V:风速,推荐值6~9m/S.选8m/s
 
    L:风量
 
    F=L/3600*8=3500/28800=0.1215(M3)
 
    3.3.3由上面计算得出:2S=2*0.073=0.146>0.1215
 
    设计符合进风要求。
 
    综上所述,逆变器板房通风散热设计符合要求。
来源:互联网
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