Kühllösungen Wind- und wetterfeste Kühlung von Windkraftanlagen

Kühlkörper zur effektiven Entwärmung der elektronischen Bauteile in Windenergieanlagen müssen korrosionsfest sein und möglichst lange zuverlässig und mit sehr geringem Wartungsaufwand funktionieren.

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CTX Thermal Solutions GmbH

N & H Technology GmbH

Vishay Intertechnology, Inc. C/- Vishay Europe Sales GmbH

Windenergieanlagen sind extremen Wettereinflüssen ausgesetzt und oft schwer zugänglich. Daher werden an die verwendeten Materialien und Komponenten besondere Anforderungen hinsichtlich Korrosionsschutz und Lebensdauer gestellt.

In Windkraftanlagen wandeln Wechselrichter den vom Generator der Anlage erzeugten dreiphasigen Drehstrom in netzkonformen einphasigen Strom um. Steuereinheiten – separat oder integriert in Frequenzumrichter – sorgen für die Blattverstellung und die Windnachführung des Rotors.

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Da keines dieser Geräte über einen Wirkungsgrad von 100% verfügt, treten bei ihrem Betrieb Verlustleistungen auf, die in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben werden. Um die Funktionsfähigkeit zu erhalten, verfügen alle über Kühleinrichtungen zur schnellen und gerichteten Wärmeableitung.

Bei der Auswahl der jeweiligen Kühllösung spielen viele Kriterien eine Rolle. Neben der Höhe der abzuführenden Verlustleistung ist auch die Einbausituation maßgeblich. Dabei gilt es nicht nur die allgemeine Frage nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum zu klären. Wichtig ist auch, ob das zu kühlende elektronische Bauteil im vergleichsweise kühlen Fuß der Windkraftanlage installiert werden soll oder in der Gondel, die sich bei Sonneneinstrahlung stark aufheizen kann.

Zudem sind die Zuverlässigkeit und Wartungsarmut der jeweiligen Kühllösung maßgebliche Auswahlmerkmale. Schließlich stehen Windkraftanlagen üblicherweise an entlegenen Standorten. Die Technik in der Gondel liegt in großer Höhe und beim Offshore-Einsatz kommen die Belastung der eingesetzten Materialien durch das korrosive Meerwasser sowie die kompliziertere Erreichbarkeit hinzu.

Modulare Hochleistungskühlkörper für den Offshore-Einsatz

Bei Offshore-Einsätzen wird man daher weitgehend auf Flüssigkeitskühlkörper verzichten. Durch den Flüssigkeitskreislauf mit Pumpe sind sie wartungsintensiver als andere Kühllösungen.

Hier bieten sich stattdessen leistungsstarke Lamellenkühlkörper mit schwarz eloxierter Oberfläche zum Schutz vor der korrosiven Meerwasseratmosphäre an.

Eine typische Kühllösung dieser Art ist der lüftergestützte SuperPower des italienischen Herstellers Pada Engineering. Diese modularen Hochleistungskühlkörper aus der Aluminiumknetlegierung AW6060 (EN755-9) werden aus einzelnen Aluminiumrippen aufgebaut.

Dadurch lassen sie sich exakt an das elektronische Bauteil und dessen Verlustleistung anpassen. Kühlkörperlängen und -breiten bis zu 600 mm sind möglich. Ebenso kann bei den Basisstärken und Auslegungen (Einzel- oder Doppelbasis) sowie den Lamellenhöhen und -abständen und der Stärke der Seitenwände variiert werden.

Dank eines Verzahnungsverfahrens zur Bindung der einzelnen Kühlrippen besitzen die modular aufgebauten Hochleistungskühlkörper die gleichen technischen Eigenschaften wie Druckgussprofile, sind jedoch bis zu 40% leichter und kleiner. D.h., bei gleichem Volumen steigt die Kühlleistung um 30% verglichen mit herkömmlichen Druckgusskühlkörpern.

Für eine zusätzliche Steigerung der Kühlleistung kann eine Kupferplatte auf den Kühlkörper montiert werden. Dies verbessert die wärmeabführenden Eigenschaften. Außer zur Kühlung der Generatorsteuerung in Windkraftanlagen können SuperPower-Hochleistungskühlkörper in fast allen Bereichen der Industrie eingesetzt werden. Selbst die Kühlung stark vibrierender Motoren ist unproblematisch.

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