Der Einfluss der Temperatur auf die Lebensdauer von Wechselrichtern

Um die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer der Elektronik zu gewährleisten, sollte schon bei der Entwicklung an ein geeignetes Wärmemanagement gedacht werden, denn beim Ansteigen der Temperatur steigt das Ausfallrisiko von temperaturempfindlichen Bauteilen an (Verdopplung bei einer um 10 °C erhöhten Temperatur).

Die richtige Temperaturkontrolle kann hier nicht nur die Effizienz steigern, sondern auch die Lebensdauer von Komponenten erheblich verlängern. In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick darauf, wie Temperatur die Lebensdauer von Leistungselektronik beeinflusst und welche Methoden zur Temperaturkontrolle zur Verfügung stehen.

 

Warum ist Temperatur wichtig?

Elektronische Komponenten in Wechselrichtern sind besonders empfindlich gegenüber thermischer Belastung, da ihre Leistung und Effizienz direkt von der Betriebstemperatur abhängen. Besonders in sonnenreichen Regionen, wo Photovoltaikanlagen maximal ausgelastet sind, steigt die Gefahr von Überhitzung. Diese Überhitzung führt nicht nur zu einer verringerten Effizienz, sondern auch zu einem höheren Verschleiß der Komponenten. Denn Hitze und Elektronik vertragen sich nicht gut, das liegt auf der Hand. Eine allgemeine Faustregel besagt und belegt, dass eine Erhöhung der Betriebstemperatur um 10°C die Lebensdauer einer Komponente halbiert, während eine Senkung um 10°C sie verdoppeln kann.

Fast immer wird übersehen, dass beim Ansteigen der Gerätetemperatur das Ausfallrisiko von temperaturempfindlichen Bauteilen, insbesondere Elektrolytkondensatoren, dramatisch ansteigt. Elektrolytkondensatoren sind weit verbreitete elektronische Bauteile, die in vielen Schaltungen für die Speicherung und Entladung elektrischer Energie verwendet werden. Sie bestehen aus einer Elektrodenstruktur, die durch ein Elektrolytmaterial getrennt ist. Während des Betriebs erwärmen sich diese Kondensatoren aufgrund des elektrischen Stroms und der internen Verluste. Die Temperaturerhöhung führt zu beschleunigten chemischen Reaktionen im Elektrolyt, die letztendlich die Lebensdauer des Bauteils beeinträchtigen können.

 

Wie wird die Lebensdauer gemessen?

Die Lebensdauer von elektronischen Komponenten wird oft durch Kennzahlen wie die mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTTF) und die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF) beschrieben. Diese Kennzahlen helfen Ingenieuren und Entwicklern, die Zuverlässigkeit eines Produkts unter bestimmten Temperaturbedingungen zu bewerten.

 

Einflussfaktoren auf die Temperatur

Die Temperatur einer elektronischen Komponente wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

1. Umgebungstemperatur: Die Temperatur der Umgebung, in der das Gerät betrieben wird, spielt eine wichtige Rolle.
2. Eigenerwärmung: Komponenten erzeugen während des Betriebs Wärme, die abgeführt werden muss.
3. Effizienz der Wärmeabfuhr: Die Fähigkeit eines Systems, Wärme effektiv abzuführen, beeinflusst direkt die Betriebstemperatur der Komponenten.
   
   

Methoden zur Temperaturkontrolle

Um die Temperatur von Leistungselektronik effektiv zu kontrollieren, stehen verschiedene Methoden zur Verfügung:

 

1. Freie Konvektion

Dies ist die einfachste Methode, bei der Wärme direkt an die Umgebungsluft abgegeben wird (passive Kühlung). Diese Methode eignet sich für Systeme mit geringer Wärmeentwicklung, ist jedoch oft nicht ausreichend für leistungsstarke Anwendungen, wie z.B. Wechselrichter von Photovoltaikanlagen.

 

2. Erzwungene Luftkühlung

Hierbei werden Ventilatoren eingesetzt, um die Wärmeabfuhr zu verbessern. Obwohl Luft ein relativ schlechtes Wärmeübertragungsmedium ist, kann diese Methode die Kühlleistung erheblich steigern und ist weit verbreitet in der Elektronik. Diese Methode wird auch bei unseren Kühllösungen angewandt.

 

3. Flüssigkeitskühlung

Flüssigkeitskühlung ermöglicht die direkte Abfuhr der Wärme von den heißesten Komponenten und minimiert den Einfluss auf die Umgebungstemperatur im Gehäuse. 

 

Die Integration von Lüftern in elektronischen Geräten spielt eine entscheidende Rolle bei der Minimierung des Ausfallrisikos. Lüfter unterstützen die Wärmeabfuhr von temperaturempfindlichen Bauteilen und halten die Betriebstemperatur auf einem optimalen Niveau. Somit wird die Gesamtzuverlässigkeit elektronischer Geräte verbessert und das Ausfallrisiko temperaturempfindlicher Bauteile verringert.

Unsere aktiven Lüftereinheiten bieten hier eine effiziente Lösung. Anders als passive Kühlsysteme, die oft auf natürliche Konvektion setzen, forcieren unsere Lüfter gezielt die Luftzirkulation um die heißen Komponenten herum. Diese zusätzliche Luftbewegung reduziert die Temperatur signifikant und verlängert die Lebensdauer des Wechselrichters erheblich. Vor allem bei Nachrüstungen von bestehenden Photovoltaikanlagen bieten unsere Lüftereinheiten eine kosteneffektive Möglichkeit, die Systemperformance zu steigern und Ausfälle zu verhindern. 

Die richtige Kühlung ist entscheidend für die Lebensdauer und Effizienz von Wechselrichtern. Unsere Lüftereinheiten bieten eine effektive und einfache Lösung, um Überhitzung zu vermeiden und die Leistung Deiner Photovoltaikanlage auf lange Sicht zu maximieren. Wenn Du mehr über unsere Nachrüstlösungen erfahren möchtest, stehen wir gerne Rede und Antwort – für mehr Effizienz und Langlebigkeit deiner Anlagen.

 

Quelle: Einfluss der Temperatur auf die Lebensdauer - SEPA Europe GmbH (sepa-europe.com)