Projekt Wechselrichterkühlung

Unsere Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 5,04 kWp besteht aus zwei Strings, von denen String 1 mit 9 Modulen an einen Wechselrichter Kaco Powador 1501xi und String 2 mit 15 Modulen an einen Wechselrichter Kaco Powador 2500xi angeschlossen ist. Bei starker Sonneneinstrahlung zeigt das Display schon einmal interne Temperaturen von 56° Celsius an. Ich habe mir daher überlegt, ob es nicht sinnvoll sein könnte eine externe Kühlung zu installieren. Die Kühlung der Kaco Powador Reihe erfolgt passiv durch Konvektion über Kühlrippen an der Rückseite der Geräte. Laut Bedienungsanleitung verträgt der Wechselrichter Temperaturen bis zu 85°. Ab 75° setzte eine Leistungsbegrenzung ein, um eine Überhitzung zu vermeiden. Eine aktive Kühlung ist im Prinzip also nicht erforderlich.

Ich habe allerdings in einem Internetforum gelesen¹, dass die Temperatur sowohl Auswirkungen auf den Wirkungsgrad als auch die Lebenserwartung insbesondere der Elcos der Wechselrichter haben soll. Daher habe ich mich entschlossen, eine aktive temperaturgesteuerte externe Kühlung zu bauen.

Benötigt werden dazu pro Wechselrichter zwei PC Lüfter, ein Temperaturschalter und eine Einbaubuchse 2,1mm für den Gleichstromanschluss. Zur Stromversorgung beider Kühleinheiten genügt ein gemeinsames 12V Steckernetzteil. Das Gehäuse habe ich der Einfachheit halber aus 10mm Sperrholz gebaut.

SMD-Temperaturschalter

Die kleine SMD-Platine ist das Herzstück des Kühlers. Sie schaltet bei überschreiten einer mit einem Potentiometer einstellbaren Schalttemperatur die an einen Leistungstransistor angeschlossenen Lüfter ein. Zum Lieferumfang gehört ein Temperatursensor KTY-10, der über ein bis zu 10m langes zweiadriges Kabel an die Platine angeschlossen werden kann.

Bei der Montage haben sich zwei Nachteile herausgestellt. Da die Platine keinen Verpolungsschutz hat, muss man beim Anschließen sehr aufmerksam sein. Der winzig kleine Potentiometer erlaubt es nicht, einen Drehschalter außen am Gehäuse anzubringen. Ich muss das Gerät also immer abnehmen, um die Schalttemperatur einstellen zu können. Von Vorteil ist eine rote LED, die anzeigt, wenn die Schalttemperatur überschritten wurde.

Technische Daten:

Betriebsspannung: 9 - 15 V/DC

Stromaufnahme: 4 mA

Temp.-Regelbereich: -10 - +100 °C

Ausgangsleistung: 1 A/25 V/DC

Baustein Abm.: (L x B) 23 mm x 24 mm

PC-Lüfter

Bei der Auswahl geeigneter PC-Lüfter kam es mir auf drei Dinge an: Abmessungen, Geräuschentwicklung und Leistungsaufnahme. Da der Abstand der Kühlrippen zur Wand nur 5cm beträgt, erschienen mir Lüfter mit 70mm Durchmesser, die in einem Winkel von 45° angebracht werden am zweckmäßigstens. Natürlich sollten sie halbwegs leise sein. Die Leistungsaufnahme von 0,6 W erlaubt es, vier Lüfter mit einem Steckernetzteil von 12V/6W zu betreiben.

Das Foto oben zeigt das Innenleben meiner Wechselrichter Lüftung und die noch etwas provisorische Anbringung mit Klebeband.

Wirkung

Der Vergleich der Temperaturkurven von zwei aufeinander folgenden Tagen mit gleicher Sonneneinstrahlung zeigt deutlich, wie sich die aktive Kühlung auf die Innentemperatur des Wechselrichters auswirkt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Schalttemperatur um 10:00 Uhr überschritten und die Innentemperatur konstant auf max. 44° gehalten wurde.

Innentemperatur ohne aktive Kühlung

Innentemperatur mit aktiver Kühlung

Eine Steigerung des Wirkunsgrades lässt sich mit diesen Daten nicht nachweisen. Ich bezweifele, dass die zusätzliche Kühlung darauf eine Auswirkung hat.