In meinem letzten Beitrag habe ich erklärt, warum der ampareq Gen3 kein Display hat. Heute geht es um ein Bauteil, das erst entwickelt wurde und dann nicht mehr verwendet wurde. Der Lüfter.

Das ist keine Entscheidung, die man einfach trifft. Ein Lüfter ist Pflicht. Man muss ein Gerät bauen, das ihn nicht braucht.

Wir wollten ihn loswerden, aus folgenden Gründen:

Für den ampareq Gen3 haben wir eine Zuverlässigkeitsvorhersage nach MIL-HDBK-217F berechnet. Dabei haben wir für jeden Bauteiltyp einzeln die Teilezahl und die Belastung berechnet. Vorab: Dieses Handbuch ist seit 1995 nicht mehr aktualisiert worden. Die darin enthaltenen MTBF-Zahlen sind umstritten. In der europäischen Industrie werden stattdessen eher die Referenzen SN 29500 und IEC 61709 verwendet. Es funktioniert, auch wenn es nicht für eine absolute Zahl taugt. Es zeigt nur an, wie weit die Beiträge innerhalb desselben Geräts auseinander liegen.

Man macht das, wenn der Distributor danach fragt. Wir haben es gemacht, weil wir wollten, dass es zwanzig Jahre hält.

Ein Teil des Ergebnisses war erfreulich. Die Leistungshalbleiter sind nicht das Problem, solange die Temperatur passt. Ein Handbuchverfahren kann den Verschleiß von Bonddrähten und Lotschichten nicht erfassen. Dieser Verschleiß muss separat betrachtet werden. Elektrolytkondensatoren sind ein gutes Beispiel. Man kann sie mit der Arrhenius-Beziehung berechnen. Außerdem kann man sie durch Auswahl des Bauteils und der Temperatur beeinflussen.

Der einzige Nachteil war ein einzelnes Bauteil. Damals war der Lüfter der größte Einzelgrund für die Ausfallrate. Nicht die Elektronik, nicht die Steuerung, nicht die Magnetik. Das Teil mit dem Kugellager.

Ein guter Industrielüfter hält bei 40 Grad etwa 70.000 Stunden. Die Bezugstemperatur ist wichtig, weil die Lagerlebensdauer vom Alter des Schmierstoffs und der Temperatur abhängt. Der Lüfter im Wechselrichter ist sehr heiß. Aber die Temperatur ist niedriger als 40 Grad. L10 heißt nicht, dass das Bauteil so lange hält, sondern dass nach dieser Zeit zehn Prozent der Exemplare ausfallen. Die MTBF-Angabe eines Lüfters beschreibt die Elektronik und wird deshalb oft mit der Lebensdauer verwechselt.

Bei einem Designziel von rund 175.000 Stunden ist das keine Reserve, sondern eine eingeplante Reparatur.

Dazu kommen drei Posten, die in keiner FIT-Tabelle stehen.

Der Kühlpfad wird zum Schmutzpfad. Wenn die Luft durch die Kühlrippen strömt, kommt alles Dreck mit. Im Keller ist Staub, in der Landwirtschaft Staub mit Ammoniak, in Küstennähe Salz. Ein zugesetzter Kühlkanal ist wie ein defekter Kühlkörper, aber ohne Fehlermeldung.

Er ist hörbar. Das klingt nach einem Thema für den Vertrieb, ist aber in Wahrheit ein Thema für den Komfort. Ein Gerät im Hauswirtschaftsraum neben dem Schlafzimmer wird nach Geräusch beurteilt, nicht nach Wirkungsgrad.

Er stört. Ein Lüfter wird über PWM angesteuert. Er hat eigene Schaltflanken und eine Leitung, die vom Steuerteil quer zum Kühlkörper verläuft. Wer die EMV-Beiträge hier gelesen hat, kennt meine Meinung zu Leitungen, die getaktete Signale an Orte tragen, wo sie nichts zu suchen haben.

Das war keine Streichung, sondern eine Umkonstruktion.

Wenn man den Lüfter entfernt, wird es im Gerät wärmer. Der nächste Kandidat ist der Hauptzwischenkreis des ampareq Gen3. Der ist elektrolytisch aufgebaut, nicht mit Folienkondensatoren. Elektrolytkondensatoren altern schneller, je heißer es um sie herum ist. Sie altern durch Verlust von Elektrolyt. Die Luft im lüfterlosen Gerät ist heißer als die im belüfteten. Das ist das schwächste Argument für den Satz „lüfterlos gleich langlebig“. Deshalb steht es hier.

Die Rechnung zeigt die Bauteilwahl. Wir verwenden eine Serie, die extra für Solarwechselrichter gemacht ist. Die Nutzungsdauer des Geräts beträgt 6000 Stunden bei 105 Grad. Allerdings gilt das nur bei Kategoriespannung. Bei voller Nennspannung darf das Gerät nicht wärmer als die zulässige Betriebstemperatur werden. Die Verbindung zwischen Spannung und Temperatur ist der wichtigste Punkt, nicht die Stundenzahl auf der Titelseite.

Die übliche Zehn-Kelvin-Regel sagt, dass es bei 60 Grad etwa fünfzehn Jahre dauert. Der Hersteller sagt, dass man die Teile 25 Jahre lang bei 60 Grad benutzen kann. Wir rechnen also mit der strengeren Formel und nennen die kleinere Zahl.

Die Temperatur ist dabei wichtig. Es geht um die Temperatur der Luft im Aufstellraum, also um die Innenlufttemperatur plus die Erwärmung durch den Ripplestrom. Hier wird klar, ob es sich lohnt, auf den Lüfter zu verzichten. Das ist nur dann der Fall, wenn die Temperatur des Kondensators nicht höher ist als die Ausfallrate des Lüfters. Wenn du den Lüfter einfach ausbaust und alles andere lässt, tauscht du ein Verschleißteil gegen ein anderes aus.

Der Lüfter hängt nicht am Kühlkörper, sondern an der Verlustleistung. Jedes Watt, das nicht in Wärme umgesetzt wird, muss nicht abgeführt werden. Der Weg führt über die Schaltverluste, also über die Halbleiterwahl und die Auslegung des Gate-Treibers. Darüber habe ich hier bereits geschrieben. Erst kommt der Wirkungsgrad, dann der Wärmepfad und dann der Lüfter. Es funktioniert nicht, wenn man es umgekehrt macht. Das ist das Problem bei den meisten Versuchen, die man danach macht.

Die zweite Konsequenz betrifft die Wärmeabgabe selbst. Bei freier Konvektion liegt der Wärmeübergang nur bei wenigen Watt pro Quadratmeter und Kelvin. Dazu kommt die Strahlung in ähnlicher Größenordnung. Mit einem Luftstrom erreicht man ein Vielfaches davon. Wenn man die Fläche kühlt, reicht das nicht mehr. Man kann fehlende Fläche auch nicht dadurch ausgleichen, dass man das Gerät einfach heißer laufen lässt. Denn die Bauteile werden dadurch nicht länger. Das Ergebnis ist mehr Aluminium, mehr Gewicht und mehr Bauraum. Das merkt der Installateur an der Wand.

Das kostet die Kunden Geld.

Ein aktiv gekühltes Gerät hält seine Nennleistung auch bei hohen Umgebungstemperaturen, weil der Volumenstrom hochgefahren werden kann. Ein passiv gekühltes muss früher zurückfahren. Im kühlen Keller merkt das niemand. In der Augustwoche unter einem Dach, wenn die Anlage am meisten liefern könnte.

Die Aufstellsituation ist dann Teil der Auslegung. Ein lüfterloses Gerät braucht Platz nach oben und unten, damit die Luft zirkulieren kann. Es braucht keine Wärmequelle daneben und keinen Schrank, der die Luft staut. Was bei einem aktiv gekühlten Gerät ein Schönheitsfehler ist, ist hier wichtig für die Leistung.

Ich halte den Tausch für richtig, aber er ist einer. Wenn man ein Gerät im Sommer auf einem ungedämmten Dach betreiben will und die volle Leistung braucht, bekommt man mit Kühlung die bessere Kennlinie. Es gibt ihn, aber er ist nicht normal.

Mehrere Anbieter in der 10-kW-Klasse arbeiten lüfterlos. Das ist kein Alleinstellungsmerkmal und wird von uns auch nicht als solches verkauft. In diesem Marktsegment legt fast niemand offen, warum er so entscheidet. Veröffentlichte Zuverlässigkeitsdaten sind selten. Meist bleibt es bei Garantiezeiträumen und dem Wort „langlebig“.

Ein Gerät ohne Lüfter ist nicht dasselbe wie ein Gerät ohne Lüfter. Diese Information steht nicht auf dem Datenblatt. Er steht in der Derating-Kennlinie und in der Hotspot-Temperatur der Kondensatoren.

Wir fragen die Leser: Wie viele Lüfterausfälle habt ihr in den letzten fünf Jahren gesehen und wo?