PV Wechselrichter - besser aktive oder passive Kühlung?

Eine gute Kühlung ist Voraussetzung für den optimalen Betrieb eines Wechselrichters. Dann stellt sich jedenfalls die Frage, was ist besser - aktive oder passive Kühlung?

Warum ist eine gute Kühlung so wichtig beim Wechselrichter?

Egal ob aktive oder passive Kühlung - bei einem sind wir uns einig. Eine gute Kühlung ist essenziell für den Betrieb eines Wechselrichters. Das hat im wesentlichen zwei ganz wichtige Gründe. Einer der Gründe hat was mit der Effizienz zu tun. Ein anderer sogar mit der Lebensdauer.

Vermeidung von Leistungs-Derating

Wenn Wechselrichter in Betrieb sind und Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird, entsteht automatisch Wärme. Grundsätzlich gilt, je höher die Ströme, desto höher auch die Wärmeentwicklung. Bei stärkeren Leistungsklassen nimmt also auch die Wärmeentwicklung zu. Auch der Wirkungsgrad spielt eine wichtige Rolle. Denn die Verlustleistung wird auch wiederum in Wärmeverluste abgegeben. Im Betrieb entsteht also eine gewisse Eigenwärme des Wechselrichters. Hier sind aber noch nicht mal äußere Einflüsse berücksichtigt. Denn auch diese können zur Wärmeentwicklung beitragen. Hohe Umgebungstemperaturen, direkte Sonneneinstrahlung oder räumlicher Hitzestau. All das kann die Temperatur im Wechselrichter erhöhen. Ab einer gewissen Temperatur muss sich der Wechselrichter aber selbst schützen. Primär macht er das natürlich durch seine Kühltechnologie. Entweder passiv oder aktiv. Bei der passiven Kühlung eben mithilfe von Kühlrippen oder ähnliches. Bei der aktiven Kühlung meist durch integrierte Lüfter. Die Kühltechnologie soll natürlich im besten Fall zu jedem Zeitpunkt die Temperatur auf ein mögliches Minimum halten. Das klappt aber nicht immer. Wird die Temperatur für die Bauteile trotzdem gefährlich hoch, dann muss er sich noch anders helfen. Und das macht der Wechselrichter mithilfe eines Leistungs-Deratings. Dabei wird die Ausgangsleistung reduziert um die Temperatur zu senken. Und das ist eben was uns am Ende auch Geld kostet wenn durch die Leistungsreduzierung insgesamt weniger Strom erzeugt wird. Ein Derating ist auf jeden Fall eine wichtige Funktion des Wechselrichters um zu hohe Temperaturen zu vermeiden. Im besten Fall wird es aber gar nicht mal benötigt weil eine gute Kühltechnologie die Temperatur im optimalen Bereich halten sollte und somit nicht mal eine Leistungsreduzierung notwendig ist. Das ist aber nicht immer der Fall. Das genaue Derating-Verhalten der Wechselrichter kann man sich anhand von Kennlinien genauer ansehen. Dazu kommen wir dann aber später noch wenn wir uns die aktive und passive Kühlung genauer ansehen.

Kühlung der Leistungselektronik

Zu hohe Temperaturen sind einer der häufigsten Gründe von defekten Elektronik-Bauteilen. Kühltechnologien und ein Leistungs-Derating sind zwar da um das zu verhindern. Aber es kommt auch immer darauf an wie gut das wirklich funktioniert. Am meisten Eigenwärme entsteht jedenfalls dann, wenn mit voller Leistung eingespeist wird. Also wenn der größte Strom fließt. Es geht aber nicht nur darum kurzzeitige Temperaturspitzen bei Volllast zu verhindern. Es ist genauso wichtig permanent für ein möglich niedriges Temperatur-Level zu sorgen. Auch unter Teillast und nicht nur wenn der höchste Strom fließt. Passiert das nicht, verringert das die Lebensdauer der Elektronikbauteile erheblich. Erkennen können wir das im Vorhinein kaum. Die Schäden kommen schleichend und wie das bei Elektronik häufig so ist, erkennt man Probleme erst wenn einzelne Bauteile oder Schaltungen dadurch beschädigt werden. Was man auf jeden Fall machen kann, ist im Vorhinein darauf zu achten welches Kühlkonzept eingesetzt wird. Aber sehen wir uns die Unterschiede zwischen aktiver und passiver Kühlung mal an.

Aktive und passive Kühlung - der Vergleich

Die Vor- und Nachteile der beiden Konzepte lassen sich recht einfach zusammenfassen. Wenn es rein um die Performance der Kühlung geht, gibt es kaum zwei Meinungen. Die aktive Kühlung mit integrierten Lüftern hat hier definitiv die Nase vorne und kann weit stärker kühlen als die passive Variante. Die entstehende Wärme wird aktiv abgeführt um Hitzefelder nahe der Elektronik zu vermeiden. Auch passive Kühlkonzepte haben sich in den letzten Jahren weiterentwickelt. Auf die Kühl-Performance von aktiver Kühlung mit Lüftern kommt die passive Kühlung aber noch bei weitem nicht. Eine starke Kühlung ist vor allem dann wichtig, wenn der Wechselrichter bei höheren Umgebungstemperaturen installiert. Also zum Beispiel auch im Außenbereich wenn es im Sommer sehr heiß wird. Aber auch in Heizungsräumen oder bei einer Installation unter dem Dach. Kühle Keller und Garagen sind meist weniger bedenklich. Hier kommen auch passiv gekühlte Wechselrichter meist gut zurecht. Aber aufgrund der erzeugten Eigenwärme, entsteht natürlich auch bei kühleren Umgebungstemperaturen zusätzliche Wärme auf der Elektronik. Eine gute Kühlung ist also immer vorteilhaft. Egal wo der Wechselrichter installiert ist. Vorteile hat die passive Kühlung bei der Lautstärke. Da hier kein Lüfter läuft, sind Wechselrichter mit passiver Kühlung in der Regel etwas leiser. Einen entscheidenden Unterschied gibt es noch, wenn es um das Leistungs-Derating geht. Wie erwähnt reduziert der Wechselrichter bei hohen Temperaturen die Leistung um dadurch die Temperatur auf der Elektronik zu reduzieren. Das Derating-Verhalten kann mithilfe von Derating-Kennlinien untersucht werden. Diese geben an, bei welcher Temperatur der Wechselrichter die Leistung reduzieren muss. Bei aktiver Kühlung passiert die Leistungsreduzierung bei hohen Temperaturen erst weit später und deutlich seltener weil die Lüfter bereits dafür sorgen, dass das Temperaturlevel möglichst niedrig bleibt. Es ist dadurch weniger Leistungsreduzierung notwendig. Was dazu führt, dass einfach mehr Energie erzeugt werden kann. Das spart uns am Ende auch Geld. Also fassen wir nochmal kurz zusammen:

Vorteile passive Kühlung:

• Kein Lüfter notwendig
• Leiser im Betrieb

Vorteile aktive Kühlung:

• Stärkere und bessere Kühlung
• Niedrigere Temperaturen auf der Elektronik (erhöhte Lebensdauer der Komponenten)
• Weniger Leistungs-Derating notwendig

Am Ende ist es auch Geschmacksache. Wer hohen Wert auf besonders leisen Betrieb legt, der ist mit der passiven Kühlung gut bedient. In kühlen Räumen sollte auch die Temperatur dabei nicht zum Problem werden. Höhere Performance verspricht die aktive Kühlung. Besonders bei Installationsorten mit höheren
Umgebungstemperaturen. Aber auch ganz allgemein hat die aktive Kühlung ein etwas besseres Temperaturverhalten. Hier lassen sich auch ganz einfach die Temperatur- und Derating-Kennlinien einzelner Hersteller vergleichen. Am Ende entscheidet aber jeder selbst.

Quelle: Photovoltaikforum