Lämplig kylfläns för kraftdiod med kapsling DO-203AA(=DO-4)?

[Haralt]

Hej!

Jag har solceller på taken, och funderar på att bygga ut med en sträng på 20 moduler..
Då måste jag skydda de nuvarande 2 strängarna mot backström.

Jag tänker mig spärrdioder av Schottky-typ som bakströmskydd och bedömer att varje diod kommer att utveckla som mest 9 W, som jag vill kyla bort.
Luftens omgivningstemperaturen är kanske i värsta fall ca 40 grader där apparatlåda monteras (oisolerat garage).
Det är en kraftdiod Vishay VS-25F100 med max spärrspänning 1000 V, och medelframström 25 A. Kostar ca en 50-lapp. Den kommer normalt att leda en ström på ca upp till 9 A, och har då vid 9 A spänningsfallet ca 0,70 till 0,90 Volt. Den är till för att förhindra backström, som annars kan skada solcellsmoduler.
Det kan bli flera hundra volt över dioderna, när den spärrar, kanske uppåt 900 Volt. Så man skall inte fingra alltför mycket på dem.

Jag tänker bygga in dem i en apparatlåda Spelsberg TK PC 2518-11-tm med DIN-skena TS 35, se bild. Med transparent lock.
Bredd: 252
Höjd: 180
Djup:111 mm

Frågan är också hur jag skall kunna fästa dioderna i en kylfläns och fästa kylflänsen i apparatlådan. Det kommer att vara några radklämmor Wago 2006-1301 i den lådan också. Lådan har täthet IP66, alltså väldigt tät. Jag kan alltså inte borra lufthål genom den för kylning via luft in och ut. Fläkt vill jag inte ha i lådan. Dioderna har en skruvgänga M5 ca 10 mm lång.

Vad finns det för lämplig kylfläns för den? Jag menar då inte hur stor kylflänsen skall vara för att hålla den vid en viss temperatur, utan snarare hur man skall kunna fästa dioderna i en kylfläns. Måste det vara elektrisk kontakt katod till kylflänsen, eller kan man isolera elektriskt, men låta värmen överföras? Jag kommer att ha 3 st sådana dioder i lådan.

Allt skall vara för 3 st parallellkopplade strängar i en solcellsanläggning. Har man nämligen 3 st eller fler strängar parallellkopplade, och solcellsmoduler i en sträng skuggas eller det blir fel i dem, då kan de friska strängarna tryck in ström baklänges genom den sjuka strängen, och skada solcellsmodulerna. En sträng kan ge maxström ca 9 A, och då kan teoretiskt 2 friska strängar baklänges trycka in 18 A i den sjuka strängen. Den sjuka strängen verkar då som en belastning, alltså solcellerna i den blir kokplattor. Det är det jag vill förhindra med Schottky-dioderna. Alla solarkablar är 6 mm2 koppar. Se förenklade skissen för kopplingen. Dock, skall inte diod-boxen sitta uppe på taket hos solcellsmodulerna, utan i garaget bredvid växelriktaren.

För de intresserade kan nämnas att det då blir på växelriktarens DC-ingång A:
Sträng 1: 20 st solcellsmoduler 250 Wp, dvs 5 kW
Sträng 2: 20 st solcellsmoduler 250 Wp, dvs 5 kW
Sträng 3: 20 st solcellsmoduler 250 Wp, dvs 5 kW (finns ej idag, blir ny)

och på DC-ingång B har jag idag:
Sträng 1: 20 st solcellsmoduler 250 Wp, dvs 5 kW
Sträng 2: 20 st solcellsmoduler 250 Wp, dvs 5 kW

Tomgångsspänningen för varje modul är 38,32 V vid bestrålning 1000 W/m2 och 25 grader.
Obelastad kan spänningen över en sådan sträng bli ca 800 V.

Jag har en elnätsansluten växelriktare Fronius Symo 20.0-3-M på 20 kW, som har 2 oberoende MPPT-DC-ingångar.
Eftersom jag idag bara har 2 solcellsmodulsträngar parallellkoppade, för både DC-Ingång A och B, så behövs ingen spärrdiod (och inte heller strängsäkringar).
(Jag skulle kunna ha 1 st 15A strängsäkring i varje parallellkopplad sträng, för mina 3 parallellkopplade strängar, men det blir inte lika elegant som med Schottky-dioder, tycker jag).
Enligt modultillverkaren klarar solcellsmodulerna nämligen max 15 A i backström, och det kan idag högst bli backström 9 A.

Efter denna beskrivning har ni nog glömt bort frågan:

Vad finns det för lämplig kylfläns för dessa dioder och hur fäster man de lämpligast i tomlådan?

[Haralt]

Jag har hittat en kylfläns, som har fäste för DIN TS 35 skena, se bild.
Med 3 dioder, som i värsta fall ger 3x9 W = 27 W, så skulle denna kylfläns bli
1,2 x 27 = 32,4 grader varmare än omgivningsluften.
Om då luften i tomlådan skulle vara säg 40 grader, så blir kylflänsen alltså 32,4 + 40 = 72,4 grader C.
Plasten(polykarbonat) lådan smälter nog inte då.

Nästa fråga är hur man fäster diodernas M5-skruvhänga i kylflänsen?
Helst vill jag inte att det är elektrik kontakt mellan kylfläns och diodhuset(minus).
Finns det isolering? På gamla goda tiden använde man glimmerskiva.

Eller kanske en kylfläns SK 83 istället, där det verkar finnas plats att borra och skruva i dioderna.
Och dioderna riskerar ej att sticka ut genom lådans lock, se bilden med inskruvade dioder(dioden dit photoshopad)

[Icecap]

Det måste vara luftgenomströmning i lådan, annars stiger temperaturen väldigt.

Och isoleringen... jag hade skruvat fast dioderna i var sin kylfläns och monterat dom isolerat ifrån varandra och varit nöjd.
Orsaken är att isoleringsgrejer ger högre termisk motstånd och kan glappa med tiden.

Och då du ju ändå ska samla katoderna är det ju i grunden helt OK.

[Haralt]

Tack icecap,

Du föreslår alltså att dioderna monteras i var sin kylfläns och då utan elektrisk isolering mellan diod och kylfläns.
Och att varje hel kylfläns istället elektriskt isoleras. Du är rädd för att det blir försämrad värmeöverföring med tiden pga glapp mellan diod och kylfläns, om man har elektriskt isolerat dioderna från kylfläns med glimmerbricka eller dylikt.

Det är ju en solcellsanläggning, och en sådan producerar mer ström ju starkare ljus det faller på solcellsmodulerna.
9 A genom varje diod blir det endast då globalstrålningen på solcellsmodulerna har 1000 W/m2. Och det blir det möjligen kring midsommar vid lunchtid, all annan tid blir bestrålningen betydligt lägre. Och på natten är bestålningen 0. Och nu i nov., dec, jan, nästan inget ljus alls.

Även om den globalstrålningen endast gäller ca 1 à 2 timmar, under ett fåtal dagar under ett år, och att under den tiden dioderna genomlöps av 9 A, så måste jag klart hantera det fallet. Det kan bli varmt i lådan. Lådan har IP 65, och inga lufthål alls i den. Den är gjord för att kunna monteras utomhus. Jag kan klart göra litet hål i den. Men då ökar risken för att någon (barn) petar med ståltråd eller liknande och kommer åt farlig spänning.

Jag skulle kunna skruva i dioderna i kylflänsen och göra elektrik kontakt, katoderna - kylfläns. Diodernas katoder skall ju i alla fall kopplas ihop.
Men det blir då störra risk för spänningsschock. Det kan bli uppåt 800 till 900 Volt DC mellan plus och minus. Råkar man beröra kylflänsen och sedan också någon plus-ledare, då elschock.

Att ha varsin kylfläns för dioderna, visst. Men, de tar då plats i lådan. Det skall ju vara radklämmor för 1 MPPT, med 3 strängingångar. Alltså 4 radklämmor à ca 10 mm bredd, + 4 distanshållare Wago 249-117 bred 10 mm, + ca 20 mm mellan plus och minus. Allt annat än kylflänsar och dioder bygger i bredd då ca 100 mm.

[Haralt]

Min ide med en Schottky-diod i varje sträng för mina 3 parallellkopplade solcellssträngar är litet knepigare
att förverkliga jämfört med vad jag först trodde. Kostar också en slant:
3 st Schottky-dioder VS-25F100M 1000 V, 25 A ca 150 kr.
1 st kylfläns SK 83 ca 300 kr
1 st fäste för kylfläns på DIN TS 35 skena, ca 100 kr
1 st tomlåda 500 kr
2 st radklämmor Wago 2006-1301, grå ca 50 kr
2 st radklämmor Wago 2006-1304, blå ca 50 kr
4 st distanshållare Wago 249-117 ca 50 kr
frakt ca 300 kr
Alltså totalt ca 1500 kr.

Och jag är inte säker på att det blir bra. Dioderna kanske blir överhettade och ljusbåge uppstår och brand som följd.
Hög DC spänning är mycket läskigare än AC, där spänningen går genom nollpunkten 100 gånger per sekund, och lättare släcker ljusbåge.

Den andra lösningen för att skydda solcellsmodulerna mot backström är med smältsäkringar.
För solceller används speciella säkringar för 1000 V DC, 10,3 mm x 38 mm. De är sandfyllda för att släcka DC-ljusbågen.
Det är alltså inte för att skydda solarkablarna mot överström och överhettning.
I en 6 mm2 solarkabel kan man vid 60 grader ständigt köra ca 70 A, och en så hög ström kan aldrig uppstå.
Man sätter 1 st smältsäkring 15 A i varje parallellkopplad sträng.
Det finns färdiga inline-säkringar på 15 A. Det är säkringar som gjutits in i plast och försetts med en bit(ca 20 cm) solarkalbel 6 mm2 MC4-kontakter i varje ända.
Kostar kanske 300 kr/st. Monteras uppe på taket genom att de kopplas i serie med strängen.
Jag får nog välja den lösningen, som dessutom blir billigare och enklare. Det behövs ingen tomlåda.
Men kanske märker man inte om en säkring har brännt av. Visserligen faller då 33 % elproduktion bort för de 3 strängarna, men det kanske man inte märker. En molning dag jämfört en solig dag, är ju bestrålning på modulerna mycket olik, kanske dubbelt så mycket den soliga dagen.

När solcellsanläggningen vid midsommar pressar fram ca 9 A i de parallellkopplade strängarna med dessa säkringar i serie,
så är effektförlusten över säkringen ca 1 W, totalt 3 W. Alltså lägre effekt än om jag skulle ha Schottky-dioder, som ger 27 Watt.
En sådan säkring för solceller bränner tyvärr inte omedelbart av vid 15 A. Enligt säkringens diagram ström-tid: vid strömmen 1,5 x 15 = 22,5 A, tar det ca 500 sekunder innan den bränner av.
Vid 15 A verkar det ta grovt ca 3 timmar innan den bränner av. Vid 30 A tar det 100 sekunder.
Så smältsäkring är här inget jättebra skydd mot backström, eftersom en backström på 15 A kan pågå i timmar genom solcellsmodulerna, innan säkringen behagar smälta av. Tydligen har mina solcellsmoduler i testförfarande hos solcellsmodultillverkaren testats med backströmmen 15 A under 2 timmar. Någon tycker kanske då att jag skall välja en säkring på 10 A? Men, då blir säkringens effektförlust vid 9 A större, ca 2 W/säkring och jag skulle ligga väldigt nära säkringens märkström till normalströmmen, och då riskerar den att okynnes-avbrännas när den inte ska brännas av.
Heckert, den tyska solcellsmodultillverkaren säger att säkringen skall vara på 15 A och då måste man lyda.
För övrigt kommer anläggningen att grilla fram ca 22000 kWh ström per år. Inte så dåligt.

[rikkitikkitavi]

Enda sättet att montera dioderna IP klassat är att använda en metallåda med kylflänsar och bulta fast dessa i lådan med isoleringsbrickor. Lådan agerar kylfläns. Risken är som Icecap säger att med tiden kan isoleringen ge sig .

För mig är lösningen på ditt problem att flytta placeringen av diodlådan till ett under tak placering, helst torrt där du kan ha en enklare låda med lägre klassning som medger luftutbyte. Du behöver petskydda denna (ex hög placering, nät) mot barn, löv och möss...


Du bör nog dimensionera kylflänsarna för kortslutningsströmmen från dina paneler, vad är den 11-12A?

22000 kWh

Stort tak eller gott om plats (ca 100 paneler)

[Haralt]

Tack rikiti,
svårt namn att uttala, det där,
och det kanske bara är förnamnet.

Tack för värdefulla synpunkter.
Om jag skulle ha en lösning med dioder, då placerar jag lådan bredvid växelriktaren i garaget, och inte på taket. Där är torrt, visserligen kallgarage.
Att använda metall-låda och skruva dioderna i den, även om jag skulle elektriskt isolera minus-polen från metall-lådehuset, med glimmerbricka eller liknande, låter inte bra. Jag vet inte om man kan lita på sådan isolering till 100 %. Jag vill inte riskera att få solcellsmodulsträngarnas minus-potential på metall-lådans hölje. Visserligen kan jag då jorda lådans metallhölje. Men blir det då elektrisk kontakt mellan diodernas minus-pol och lådans hölje, så kommer växelriktaren att känna det, och stänga av sig pga jordfelström. Växelriktarens DC-sida är nämligen inte galvaniskt skild från AC-sidan.

Kortslutningsströmmen för mina moduler är 8,8 A, vilket i stort sett är samma för alla 60 cellers kristallina solcellsmoduler på 250 Wp. Jag kan alltså teoretiskt välja en diod med medelframströmmen 10 A. Men genom att välja en överstor diod, får jag lägre spänningsfall i framriktningen, vilket är önskvärt. Kolla på databladet, så ser du. Dessutom är det så att ju varmare dioden är, desto lägre framspänning, men jag skulle inte vilja eftersträva så het diod för den skull, och riskera knäcka den. Jag har läst att en sådan spärrdiod, skall ha dubbla spärrspänningen jämfört med strängens maximala tomgångsspänning(ca 800 V), och skulle då vara ca 1600 Volt. Nu har jag ju överspänningsskydd mellan plus- och minus, som skall lösa ut vid ca 1000 Volt, så det skall aldrig kunna bli sådan hög spännig som 1700 V. Det överspänningsskyddet är till för att skydda växelriktaren mot överspänning, i händelse av blixtnedslag i närområdet. Om man råka få en direktträff av blixten, finns det nog inget att göra.

Präxis, det kommer att bli 80 + de nya 20 = 100 moduler. 70-talshus med direktverkande elvärme, slukar litet elenergi, så 22000 kWh/år kommer väl till pass. I och med nätanslutna växelriktaren, använder jag hela Sveriges elnät som lagringbatteri, kan man säga.

[rikkitikkitavi]

Ok även om det är ett kallgarage är det inte ett problem.
Växelriktaren är knappast IP65... med den effekten torde den vara fläktkyld och därför ganska stor.

Jag är helt med på problematiken med felande jordströmmar och så vidare (har tittat på att bygga en 28 panelers anläggning på taket)
Kanske det är bättre att montera dioderna oisolerat men beröringskyddat. Dvs svårtåtkomligt, och med ngn form av kåpa över. Men ändå utrymme för luftväxling.

Men är det så illa att isoleringen på dioden fallerar och du får jordfelsavbrott? Risken är ju att det kan hända var som på din solarkabel ifall det blir slitage eller vattenläckage? problemet är ju lätt åtgärdat.

[Haralt]

Växelriktaren har täthetsklass IP 66, och ja den har kylfläkt. De flesta växelriktare har hög IP-klassning, eftersom de även skall kunna monteras utomhus i regn och rusk. Nu monterar man dem hellre inomhus. Blir då skydd mot Herr Långfinger, dvs bättre stöldskydd.

Riktigt påpekat, skulle det bli elektrisk kontakt mellan solcellsmodulernas montageställ(oft alu) och minus-solarkabel eller plus-solarkabeln, ja då skall en trafolös växelriktare känna det som ett jordfel, och stänga av sig. Sådan elektrisk kontakt kan uppstå pga slitage på solarkabel, och om på plåttak en vass plåtkant gnager sig in i solarkabeln. Det är inte så lätt åtgärdat eftersom du först inte vet vad som orsakat jordfelet. Skall man då lyfta på alla 100 st solcellmodulerna och leta var den skavda kabel finns? Det är inte lätt när hela taket är täckt av moduler och man kan inte gå på dem.

Men som sagt, jag löser backströmproblemet med 3 st inline-säkringar 15 A, som kopplas in varje parallellkopplad sträng, och görs på taket.
Det blir alltså tyvärr inga trevliga dioder.

För övrigt, blir backströmmen som störst om växelriktaren skulle vara avstängd, och samtidigt kraftigt skuggade moduler i en sträng eller fel i strängen. Då växelriktararen är avstängd är solcellsmodulerna i de parallellkopplade strängarna obelastade. Då tar nämligen inte växelriktaren hand om någon solström alls, utan den kan gå nästan obehindrat baklänges genom sjuk sträng.

rikiti, om du funderar på att skaffa solceller, är det rätt tid nu under vintern att skaffa utrustningen, så den kommer upp ungefär i februari.
Härlig känsla att se hur kWh:arna trillar in och snuva elbolagens direktörer på pengar, och se hur de blir magrare och magrare.