DE202006008792U1

DE202006008792U1 - Solarwechselrichter

Info

Publication number: DE202006008792U1
Application number: DE202006008792U
Authority: DE
Original assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Current assignee: PLATINUM GMBH, DE
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2016-06-02
Also published as: US7817419B2; US20070279863A1

Abstract

Solarwechselrichter (10), mit einem ersten Gehäuseteil (12), das als ein Kühlkörper dient, und einem zweiten Gehäuseteil (14) zur Aufnahme von elektronischen Komponenten (34-38) des Solarwechselrichters, wobei
das erste Gehäuseteil (12) eine erste Lufteintrittsöffnung (16), eine erste Luftaustrittsöffnung (18) und einen die erste Lufteintrittsöffnung mit der ersten Luftaustrittsöffnung verbindenden ersten Luftkanal (20) aufweist, die derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass durch den ersten Luftkanal (20) eine Luftströmung aufgrund natürlicher Konvektion stattfindet;
das zweite Gehäuseteil (14) eine zweite Lufteintrittsöffnung (24), eine zweite Luftaustrittsöffnung (26) und einen die zweite Lufteintrittsöffnung mit der zweiten Luftaustrittsöffnung verbindenden zweiten Luftkanal (28) aufweist, die derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass durch den zweiten Luftkanal (28) eine Luftströmung aufgrund natürlicher Konvektion stattfindet;
wenigstens eine staubunempfindliche elektronische Komponente (34, 36) des Solarwechselrichters (10) in dem zweiten Gehäuseteil (14) in direktem thermischen Kontakt zu dem ersten Gehäuseteil (12) montiert ist;
die wenigstens eine staubunempfindliche elektronische Komponente...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solarwechselrichter mit einem Kühlkörper zum Kühlen der elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters, und insbesondere einen solchen Solarwechselrichter, der die Anforderungen einer hohen IP-Schutzklasse hinsichtlich Schmutz, Staub und Feuchtigkeit erfüllt.
Solarwechselrichter sind Teil von Photovoltaikanlagen, die der Einspeisung von elektrischem Strom in ein elektrisches Netz dienen. Dazu weisen die Photovoltaikanlagen einen oder mehrere Photovoltaikgeneratoren auf, die jeweils aus einem oder mehreren Solarmodulen bestehen, die wiederum eine Vielzahl von miteinander verschalteten Solarzellen aufweisen können. Die von den Solarzellen photovoltaisch erzeugte elektrische Energie wird dann einem Solarwechselrichter zugeführt, der die zugeführte Gleichspannung in eine geregelte standardisierte Netzspannung umwandelt.
Diese Solarwechselrichter enthalten im Allgemeinen einige Wärme erzeugende elektronische Komponenten, wie beispielsweise NF-Trafo, Drossel und Leistungshalbleiter, die gekühlt werden müssen. Da die Solarwechselrichter auch außerhalb von Gebäuden angebracht werden, müssen sie zudem gegen das Eindringen von Staub, Schmutz und Spritzwasser geschützt sein, um zum Beispiel den Anforderungen der Schutzklasse IP 54 zu genügen.
Zur Kühlung der elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters gibt es grundsätzlich die Möglichkeit, Kühlluft direkt durch das Gehäuse und vorbei an den Komponenten zu leiten. In diesem Fall ist aber kein ausreichender Schutz der elektronischen Komponenten gegen Staub und Feuchtigkeit möglich. Es ist daher weit verbreitet, den Solarwechselrichter mit einem Kühlkörper zu versehen, durch den die Kühlluft geleitet wird, und die elektronischen Komponenten mit dem Kühlkörper thermisch leitend zu verbinden. Da die elektronischen Komponenten in diesem Fall mit der Kühlluft nicht in Kontakt kommen, kann zwar eine hohe Schutzklasse erfüllt werden, die Kühlleistung durch den Kühlkörper ist aber nicht in jedem Fall ausreichend.
Die DE 10 2004 030 457 A1 schlägt einen Wechselrichter mit einem Gehäuse vor, das durch eine Trennwand in zwei Kammern unterteilt ist. Die elektronischen Komponenten des Wechselrichters sind dicht in der einen Gehäusekammer angeordnet, während die Kühlkörper der Wärme erzeugenden elektronischen Komponenten in die andere Gehäusekammer hineinragen. Durch diese andere Gehäusekammer wird mittels eines Gebläses Kühlluft geblasen, welche die Kühlkörper der elektronischen Komponenten umströmt und diese kühlt. Durch die notwendige Trennwand zwischen eigentlichem Bauteil und Kühlkörper der elektronischen Komponenten ist deren Montage im Wechselrichter relativ aufwändig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarwechselrichter bereitzustellen, der bei einer einfachen Bauweise eine ausreichende Kühlung seiner elektronischen Komponenten gewährleistet und gleichzeitig eine hohe Schutzklasse besitzt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Solarwechselrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Solarwechselrichter umfasst ein erstes Gehäuseteil, das als ein Kühlkörper dient, und ein zweites Gehäuseteil zur Aufnahme von elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters. Das erste Gehäuseteil weist eine erste Lufteintrittsöffnung, eine erste Luftaustrittsöffnung und einen die erste Lufteintrittsöffnung mit der ersten Luftaustrittsöffnung verbindenden ersten Luftkanal auf, die derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass durch den ersten Luftkanal eine Luftströmung aufgrund natürlicher Konvektion stattfindet; und das zweite Gehäuseteil weist eine zweite Lufteintrittsöffnung, eine zweite Luftaustrittsöffnung und einen die zweite Lufteintrittsöffnung mit der zweiten Luftaustrittsöffnung verbindenden zweiten Luftkanal auf, die derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass durch den zweiten Luftkanal eine Luftströmung aufgrund natürlicher Konvektion stattfindet. Wenigstens eine staubunempfindliche elektronische Komponente (zum Beispiel Trafo, Drossel) des Solarwechselrichters ist in dem zweiten Gehäuseteil in direktem thermischen Kontakt zu dem ersten Gehäuseteil montiert und innerhalb des zweiten Luftkanals des zweiten Gehäuseteils angeordnet; die staubempfindlichen elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters sind durch eine Trennwand staubdicht getrennt von dem zweiten Luftkanal in dem zweiten Gehäuseteil angeordnet und stehen mit dem ersten Gehäuseteil in thermischem Kontakt.
Die staubempfindlichen elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters stehen mit dem Kühlluftstrom nicht in Kontakt, sodass der Solarwechselrichter eine hohe Schutzklasse erfüllt. Die staubunempfindlichen elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters, wie beispielsweise Trafo und Drossel, werden sowohl durch den direkten thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper als auch direkt durch einen Kühlluftstrom gekühlt, sodass der Solarwechselrichter eine sehr hohe Kühlleistung seiner elektronischen Komponenten besitzt. Ein weiterer Vorteil des Solarwechselrichters besteht darin, dass die Kühlluftströme durch den ersten Luftkanal des Kühlkörpers und den zweiten Luftkanal des zweiten Gehäuseteils durch eine natürliche Konvektion stattfinden, wobei die Konvektion durch den langen, schlanken Aufbau des Solarwechselrichters besonders begünstigt ist. Das heißt, es kann auf den Einbau eines zusätzlichen Gebläses bzw. Lüfters verzichtet werden, welches Bauteil im Allgemeinen keine zu lange Lebensdauer aufweist und damit die Betriebssicherheit des Solarwechselrichters einschränkt. Besonders vorteilhaft ist, dass infolge des fehlenden Lüfters die Geräuschemission des Solarwechselrichters deutlich reduziert ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Luftkanal über einen Labyrinthkanal mit der zweiten Lufteintrittsöffnung und/oder der zweiten Luft austrittsöffnung verbunden. Ein solcher Labyrinthkanal vermindert das Eindringen von Fremdkörpern und Spritzwasser ins Innere des zweiten Gehäuseteils, sodass auch die staubunempfindlichen elektronischen Komponenten im zweiten Luftkanal ausreichend gegen Feuchtigkeit und Fremdkörper, wie beispielsweise Staub geschützt sind.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die zweite Lufteintrittsöffnung an der Unterseite und die zweite Luftaustrittsöffnung an der Oberseite des zweiten Gehäuseteils angeordnet, wodurch die natürliche Konvektion durch den zweiten Luftkanal begünstigt wird.
Für extreme Betriebsbedingungen des Solarwechselrichters kann in dem zweiten Luftkanal ein wahlweise zuschaltbares Gebläse vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der erste Luftkanal im Wesentlichen geradlinig zwischen der ersten Lufteintrittsöffnung und der ersten Luftaustrittsöffnung des ersten Gehäuseteils, und die erste Lufteintrittsöffnung ist an der Unterseite und die erste Luftaustrittsöffnung ist an der Oberseite des ersten Gehäuseteils angeordnet, wodurch die natürliche Konvektion durch den ersten Luftkanal begünstigt wird.
Die staubempfindlichen elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters sind vorzugsweise in einer staubdicht gekapselten Baugruppe in dem zweiten Gehäuseteil angeordnet.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, nichteinschränkenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung besser verständlich. Darin zeigt die einzige 1 eine schematische Schnittansicht eines Solarwechselrichters eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Die einzige 1 zeigt in stark vereinfachter Form den Aufbau eines Solarwechselrichters gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Der allgemein mit 10 bezeichnete Solarwechselrichter umfasst ein erstes Gehäuseteil 12, das als ein Kühlkörper dient, und ein zweites Gehäuseteil 14 zur Aufnahme der elektronischen Komponenten des Solarwechselrichters 10.
Das erste Gehäuseteil 12 besteht im Wesentlichen aus einem flachen quaderförmigen Körper aus einem Wärme leitenden Material wie beispielsweise Aluminium. Insbesondere die dem zweiten Gehäuseteil 14 zugewandte Wand 22 des ersten Gehäuseteils 12 muss thermisch leitend ausgebildet sein. An der Unterseite des ersten Gehäuseteils 12 ist eine erste Lufteintrittsöffnung 16 ausgebildet, und an der Oberseite des ersten Gehäuseteils 12 ist eine erste Luftaustrittsöffnung 18 ausgebildet. Zwischen der ersten Lufteintrittsöffnung 16 und der ersten Luftaustrittsöffnung 18 erstreckt sich ein erster Luftkanal 20, der im Wesentlichen geradlinig vertikal von unten nach oben verläuft. Dieser Aufbau des Kühlkörpers 12 bewirkt einen Luftstrom (dargestellt durch Pfeile A in 1) durch den ersten Luftkanal 20 aufgrund natürlicher Konvektion, ohne dass ein Gebläse oder Lüfter vorgesehen werden muss.
Das zweite Gehäuseteil 14 wird durch die eine Wand 22 des ersten Gehäuseteils 12 und eine Abdeckung 15 zum Beispiel aus Kunststoff gebildet. In der Abdeckung 15 ist ferner eine elektronische Anzeigevorrichtung 42 integriert bzw. auf ihr angebracht. Das Innere des zweiten Gehäuseteils 14 steht mit dem Innern des ersten Gehäuseteils 12, d.h. dem ersten Luftkanal 20 nicht in Verbindung.
An der Unterseite des zweiten Gehäuseteils 14 ist eine zweite Lufteintrittsöffnung 24 vorgesehen, und an der Oberseite des zweiten Gehäuseteils 14 ist eine zweite Luftaustrittsöffnung 26 vorgesehen. Die zweite Lufteintrittsöffnung 24 ist über einen zweiten Luftkanal 28 durch das zweite Gehäuseteil 14 mit der zweiten Luftaustrittsöffnung 26 verbunden. Innerhalb dieses zweiten Luftkanals 28 sind der Trafo 34 und die Drossel 36 direkt an der Wärme leitenden Wand 22 des ersten Gehäuseteils 12 montiert. Obwohl der zweite Luftkanal 28 nicht geradlinig von unten nach oben durch das zweite Gehäuseteil 14 verläuft, findet dennoch auch durch den zweiten Luftkanal 28 ein Luftstrom aufgrund natürlicher Konvektion statt, wie durch Pfeile B in 1 angedeutet, ohne dass ein Gebläse oder Lüfter vorgesehen werden muss.
Die Wärme erzeugenden elektronischen Komponenten 34 (Trafo) und 36 (Drossel) werden sowohl durch den direkten thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper 12 als auch durch den sie umströmenden Luftstrom B durch den zweiten Luftkanal 28 gekühlt. Um auch bei extremen Betriebsbedingungen des Solarwechselrichters 10 eine ausreichende Kühlung dieser elektronischen Komponenten 34, 36 sicherzustellen, kann in dem zweiten Luftkanal 28 des zweiten Gehäuseteils 14 zusätzlich ein Gebläse bzw. Lüfter (nicht dargestellt) angeordnet sein. Da dieses Gebläse nur bei Bedarf zugeschaltet werden muss, wird die Betriebssicherheit des Solarwechselrichters 10 nicht durch eine beschränkte Lebensdauer des Gebläses beeinträchtigt, wie dies bei dessen Dauereinsatz der Fall wäre, der bei herkömmlichen Solarwechselrichtern wie eingangs beschrieben erforderlich ist. Außerdem wird die Geräuschemission bei abgeschaltetem bzw. nicht vorhandenem Lüfter deutlich reduziert.
Der Trafo 34 und die Drossel 36 können innerhalb des zweiten Luftkanals 28 angeordnet werden, da sie mit einem vertretbaren Aufwand in einer ausreichend staub- und feuchtigkeitsunempfindlichen Bauweise konstruiert werden können. Um den Schutz dieser elektronischen Komponenten 34, 36 im zweiten Luftkanal 28 gegen eindringende(n) Staub und Feuchtigkeit zu verbessern, kann im Bereich der zweiten Lufteintrittsöffnung 24 und/oder im Bereich der zweiten Luftaustrittsöffnung 26 ein zusätzlicher Labyrinthkanal 30 angeordnet sein (nur der Labyrinthkanal 30 hinter der zweiten Luftaustrittsöffnung 26 ist in 1 dargestellt). Ein solcher Labyrinthkanal 30 erschwert in bekannter Weise das Eindringen von Staub, Schmutz und Feuchtigkeit und erhöht somit die Schutzklasse des Solarwechselrichters 10 bzw. vermindert die Anforderungen an die Schutzklasse der elektronischen Komponenten 34, 36 in dem zweiten Gehäuseteil 14 selbst.
Der Labyrinthkanal 30 ist zum Beispiel in die Abdeckung 15 des zweiten Gehäuseteils 14 oder in die später beschriebene Trennwand 32 des zweiten Gehäuseteils 14 integriert.
Die natürliche bzw. freie Konvektion im ersten und im zweiten Luftkanal 20, 28 wird jeweils durch den in vertikaler Richtung langen und schlanken Aufbau des ersten bzw. des zweiten Gehäuseteils 12, 14 unterstützt.
Die staubempfindlichen elektronischen Komponenten 38 des Solarwechselrichters 10, insbesondere auch die Wärme erzeugenden Leistungshalbleiter, sind durch eine Trennwand 32 staub- und feuchtigkeitsdicht gegenüber dem zweiten Luftkanal 28 von diesem getrennt in dem zweiten Gehäuseteil 14 angeordnet. Diese elektronischen Komponenten können zudem in einer staub- und feuchtigkeitsdichten, gekapselten Baugruppe integriert sein, die über einen Träger 40 an dem Kühlkörper 12 bzw. dessen Wand 22 abgestützt ist.
Der zweite Luftkanal 28 im zweiten Gehäuseteil 14 wird somit insbesondere durch die Wand 22 des Kühlkörpers 12, die Trennwand 32 des zweiten Gehäuseteils 14 und die gekapselte elektronische Baugruppe 38 gebildet. Die Trennwand 32 trennt im zweiten Gehäuseteil 14 den staubempfindlichen Bereich von dem weniger staubempfindlichen bzw. staubunempfindlichen Bereich.
Über den Träger 40 bzw. mit dessen Hilfe sind die Wärme erzeugenden elektronischen Komponenten dieser Baugruppe 38 bzw. deren Kühlkörper thermisch leitend mit der Wand 22 des Kühlkörpers 12 verbunden, um gekühlt zu werden. Der Träger 40 selbst ist dabei bevorzugt nicht Wärme leitend.
Die staubempfindlichen elektronischen Komponenten 38 des Solarwechselrichters 10 werden somit allein durch den thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper 12 gekühlt und kommen weder mit dem Luftstrom durch den ersten Luftkanal 20 des ersten Gehäuseteils 12 noch mit dem Luftstrom durch den zweiten Luftkanal 28 des zweiten Gehäuseteils 14 in Kontakt.

10: Solarwechselrichter
12: erstes Gehäuseteil
14: zweites Gehäuseteil
15: Abdeckung des zweiten Gehäuseteils
16: erste Lufteintrittsöffnung
18: erste Luftaustrittsöffnung
20: erster Luftkanal
22: Wand des ersten Gehäuseteils
24: zweite Lufteintrittsöffnung
26: zweite Luftaustrittsöffnung
28: zweiter Luftkanal
30: Labyrinthkanal
32: Trennwand
34: Trafo
36: Drossel
38: staubempfindliche Elektronik
40: Träger
42: Anzeigevorrichtung

Claims

Solarwechselrichter (10), mit einem ersten Gehäuseteil (12), das als ein Kühlkörper dient, und einem zweiten Gehäuseteil (14) zur Aufnahme von elektronischen Komponenten (34-38) des Solarwechselrichters, wobei das erste Gehäuseteil (12) eine erste Lufteintrittsöffnung (16), eine erste Luftaustrittsöffnung (18) und einen die erste Lufteintrittsöffnung mit der ersten Luftaustrittsöffnung verbindenden ersten Luftkanal (20) aufweist, die derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass durch den ersten Luftkanal (20) eine Luftströmung aufgrund natürlicher Konvektion stattfindet; das zweite Gehäuseteil (14) eine zweite Lufteintrittsöffnung (24), eine zweite Luftaustrittsöffnung (26) und einen die zweite Lufteintrittsöffnung mit der zweiten Luftaustrittsöffnung verbindenden zweiten Luftkanal (28) aufweist, die derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass durch den zweiten Luftkanal (28) eine Luftströmung aufgrund natürlicher Konvektion stattfindet; wenigstens eine staubunempfindliche elektronische Komponente (34, 36) des Solarwechselrichters (10) in dem zweiten Gehäuseteil (14) in direktem thermischen Kontakt zu dem ersten Gehäuseteil (12) montiert ist; die wenigstens eine staubunempfindliche elektronische Komponente (34, 36) des Solarwechselrichters (10) innerhalb des zweiten Luftkanals (28) des zweiten Gehäuseteils (14) angeordnet ist; die staubempfindlichen elektronischen Komponenten (38) des Solarwechselrichters (10) durch eine Trennwand (32) staubdicht getrennt von dem zweiten Luftkanal (28) in dem zweiten Gehäuseteil (14) angeordnet sind; und die staubempfindlichen elektronischen Komponenten (38) des Solarwechselrichters (10) mit dem ersten Gehäuseteil (12) in thermischem Kontakt stehen.
Solarwechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftkanal (28) über einen Labyrinthkanal (30) mit der zweiten Lufteintrittsöffnung (24) und/oder der zweiten Luftaustrittsöffnung (26) verbunden ist.
Solarwechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lufteintrittsöffnung (24) an der Unterseite und die zweite Luftaustrittsöffnung (26) an der Oberseite des zweiten Gehäuseteils (14) angeordnet sind.
Solarwechselrichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Luftkanal (28) ein wahlweise zuschaltbares Gebläse vorgesehen ist.
Solarwechselrichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Luftkanal (20) im Wesentlichen geradlinig zwischen der ersten Lufteintrittsöffnung (16) und der ersten Luftaustrittsöffnung (18) erstreckt.
Solarwechselrichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lufteintrittsöffnung (16) an der Unterseite und die erste Luftaustrittsöffnung (18) an der Oberseite des ersten Gehäuseteils (12) angeordnet sind.
Solarwechselrichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine staubunempfindliche elektronische Komponente des Solarwechselrichters (10) ein Trafo (34) und/oder eine Drossel (36) ist.
Solarwechselrichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die staubempfindlichen elektronischen Komponenten (38) des Solarwechselrichters (10) Leistungshalbleiter enthalten.
Solarwechselrichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die staubempfindlichen elektronischen Komponenten (38) des Solarwechselrichters (10) in einer staubdicht gekapselten Baugruppe in dem zweiten Gehäuseteil (14) angeordnet sind.