Chlazení střídače Growatt SPH

Klíčovým prvkem každé fotovoltaické elektrárny je střídač. Při vyšším aktuálním výkonu elektrárny ale dochází k jeho významnému zahřívání. Konkrétně střídač Growatt SPH má pouze pasivní chlazení a během provozu, není-li zajištěno dostatečné proudění okolního vzduchu, může jeho teplota dosáhnout až 80°C. To není vhodná teplota pro dlouhodobý provoz elektroniky. Na internetu lze nalézt několik řešení chlazení k různým střídačům. Ale já jsem zvolil vlastní řešení.

Modelování

Střídač SPH očekává chlazení volně proudícím vzduchem v zadní části střídače. Zadní částí je ale střídač připevněn na stěnu, takže k volnému proudění moc nedochází. Principem chlazení tedy bude vynutit proudění okolního vzduchu na zadní část směrem zespoda nahoru. Střídač se více zahřívá v pravé části, kde je současně méně chladicích žeber. Bude tedy vhodné posílit proudění v pravé části.

Hloubka chlazené části střídače je asi 80 mm, takže jako vhodné se jeví použití ventilátorů velikosti 80 x 80 mm položených horizontálně. Na šířku střídače by se vešlo až 5 ventilátorů, ale já jsem zvolil čtyři, protože v levé části stačí méně proudění.

Model byl vytvořen v programu FreeCAD. Byl rozdělen na několik částí, které se k sobě spojí šroubením právě pomocí ventilátorů. Vytvořený STL model chlazení je možné stáhnout z tohoto odkazu "ChlazeniStridaceSPH.zip".

Model ve 3D si můžete prohlédnout zde zde.

Tisk na 3D tiskárně

Jednotlivé díly chlazení byly tištěny na 3D tiskárně Průša MK4. Materiál byl použit černý PETG. Průměr trysky 0,4mm, tloušťka vrstvy 0,2mm, výplň 50%. Pro hezčí vzhled jsem použil zrnitý tiskový plát.

Byly vytvořeny dvě varianty podle umístěné ovládací elektroniky. S ovládáním na pravé straně se tisknou díly A-B-C-D. Pro ovládání na levé straně se tisknou díly E-B-C-F. Díly CastLeva a CastPrava se tisknou 2x podruhé zrcadlově převrácené. Dily D0/E0 se tisknou buďto v provedení a nebo b podle zvolené varianty zapojení elektroniky. Díl Mrizka se tiskne 4x. Ostatní díly se tisknou po jednom kuse. Pokud se k připevnění na zeď použije tištěná konzole, pak budou potřeba 2 kusy.

Další potřebné součásti

Především potřebujeme 4 kusy ventilátorů 80 x 80 x 25 mm. Je nutné použít typy s ložiskem. Ventilátory bez ložisek nejsou vhodné pro horizontální montáž. Já jsem zvolil variantu pro napětí 12V. K nim je pak potřeba síťový adaptér 12V / 1,5 až 2A. K sestavení chlazení je potřeba 20 kusů šroubů M4 se zapuštěnou hlavou délky 30 mm a k nim 20 kusů matic M4 snížené tloušťky 2 mm. Pro přišroubení regulátoru jsem použil dva vruty průměru 2,4mm délky 6mm se zaoblenou hlavou. Na kryty jsem použil několik vrutů do plastu průměr 2mm, délka 6 a 10mm se zapuštěnou hlavou. Všechny kupované součásti jsem koupil na Temu, ale dají se sehnat i v jiných obchodech.

Základní verze elektroniky

První verze chlazení byla navržena s digitálním regulátorem teploty XH-W3001, varianta pro napájení 12V. Tento regulátor pracuje v režinu sepnuto/rozepnuto. Při dosažení horní hranice teploty (např. 40°C) regulátor sepne, po ochlazení na nižší hranici (např. 38°C) zase vypne. Ventilátory tedy stojí, nebo běží naplno. Zapojení je přesně podle doporučení výrobce regulátoru. Napájecí napětí 12V= se přivede na černý (-) a červený (+) vodič. Ventilátory jsou napájeny paralelně z černého a žlutého vodiče. Černý vodič regulátoru jde na červený vodič ventilátoru. A černý vodič ventilátorů se propojí se žlutým vodičem regulátoru. Při obráceném zapojení by vzduch foukal směrem dolů a ne nahoru.

Přívodní vodiče ventilátorů nejsou tak dlouhé, aby dosáhly z levé části až k regulátoru umístěnému v pravé části. Pro možnost snadného spojení a rozpojení jsem zhotovil na univerzální desce spojů pomocné propojky s paralelně propojenými konektory pro ventilátory. Pokud by se netrvalo na rozebíratelném spojení, je možné natvrdo propájet, nebo použít nějakou šroubovací spojku. Podle zvoleného napájecího zdroje je pak ještě potřeba odpovídající vstupní konektor. Já jsem měl adaptér se souosým konektorem 5,5mm x 2,1mm.

Ještě zbývá teplotní čidlo. Já jsem ho umístil na chladicí žebro střídače v pravé horní části. Použil jsem příchytku inspirovanou klasickým kolíčkem na prádlo.

Vylepšená verze regulace

Základní verze pracuje tak, že ventilátory buďto stojí, vzduch neproudí. Nebo jedou naplno a vydávají slyšitelný hluk. Ne vždy je ale potřeba, aby jely ventilátory naplno. Po většinu času by stačil ke chlazení jen malý průvan. Navrhl jsem takovou verzi zapojení, kdy v klidovém režimu ventilátory nestojí, ale točí se malou nastavitelnou rychlostí, při které nevydávají takový hluk.

Pro regulaci otáček jsem použil regulátor otáček stenosměrného motoru PWM 1803BK, zase ve variantě na napájení 12V. Problém je ale tento. Regulátor teploty spíná pomocí relé kladnou napájecí větev, záporná napájecí větev je propojena napřímo. Naproti tomu regulátor otáček spíná pomocí elektroniky zápornou napájecí větev, kladná větev je propojena. Provedl jsem úpravu regulátoru teploty W3001 tak, že jsem oddělil spínaný kontakt relé od zbytku elektroniky. Provedení je vcelku jednoduché, ale doporučuji ho provést alespoň trochu zkušenějšímu elektroamatérovi. Zadní víko regulátoru se dá snadno vyloupnout. Viděl jsem dvě provedení desky plošných spojů a u obou bylo snadno patrné umístění spínaných kontaktů relé. Stačilo přerušit jeden spoj mezi červeným vodičem a kontaktem relé a na uvolněný kontakt přepájet výstupní černý vodič. Úprava a výsledné zapojení je patrné z přiložených schémat. Regulátor otáček se mechanicky upevní do otvoru na pravé straně krytu.

Celou sestavu chlazení jsem umístil na zeď asi 2 cm pod střídač pomocí dvou vytištěných konzolí.