GaN-Netzteile von Systemtechnik Leber

Höhere Wirkungsgrade für den Klimaschutz

4. April 2022, 9:51 Uhr | Von Denny Vogel, Experte für Schaltnetzteile bei Systemtechnik Leber
Vogel_Denny
Denny Vogel, Systemtechnik Leber: »Green sells: Ein 160-W-GaN-Netzteil mit 95 Prozent Wirkungsgrad spart bei einem 12/365-Einsatz gegenüber einem herkömmlichen Netzteil in Deutschland Stromkosten von 24,51 Euro im Jahr.«
© Systemtechnik Leber

Am 1. April 2020 traten in der EU neue Ökodesign-Anforderungen für externe Netzteile in Kraft. Produkte, die diese Anforderungen nicht erfüllen, dürfen seither nicht verkauft werden. Noch sind die meisten Gerätehersteller nicht betroffen. Aber es gibt gute Gründe, auf GaN-Netzteile umzurüsten.

Im Rahmen der Ökodesign-Gesetzgebung werden Energieeffizienzanforderungen und weitere Anforderungen an die Produktgestaltung festgelegt, um die Umweltverträglichkeit zu verbessern. Produkte, die diese Anforderungen nicht erfüllen, dürfen in der EU nicht verkauft werden. Betroffen von dieser Neuerung sind Gerätehersteller sowie Hersteller von Netzteilen. So wurden in der neuen Richtlinie wurden die Höchstgrenzen der Leistungsaufnahme bei Nulllast und bei unterschiedlichen Lastzuständen (25,50,75, oder 100 Prozent) festgelegt. Damit fand eine Angleichung an die bereits im Jahre 2016 erlassenen Vorgaben des US Department of Energy (DoE) statt. Zu diesem Zeitpunkt mussten alle in den USA in Verkehr gebrachten externen Netzteile den Vorgaben des Energie Level VI entsprechen, und ersetzten den bis dahin gültigen Level V. Aus den Vorgaben der Ökodesign Anforderung ergab sich bei externen Netzteilen bis 250 Watt ein minimaler Wirkungsgrad von 88 Prozent.

Da bereits vorher ein Wirkungsgrad von 86 Prozent Pflicht war, fiel den meisten Netzteilherstellern dieser Schritt leicht. Aber: Schon bald können neuen Ökodesign-Anforderungen einen noch höheren Wirkungsgrad erforderlich machen. So rechnet die EU-Kommission bei 195 Millionen EU-Haushalten, dass die Umsetzung der Ökodesign Anforderung – sprich: das Upgrade von DoE Level V auf Level VI - zu einer Energieeinsparung von über 4 Terrawattstunden pro Jahr führen könnte. Dies entspräche der Vermeidung von etwa 1,4 Millionen Tonnen Treibhausgas Emissionen pro Jahr! Und auch Endverbraucher werden künftig an Geräten interessiert sein, deren Technologie zur Reduzierung schädlicher Treibhausgase beitragen.

Ein Gerät, das mit einem externen Netzteil mit höherem Wirkungsgrad ausgestattet ist, und das für den Enderbraucher entsprechend gekennzeichnet ist, lässt sich folglich vermutlich schon in naher Zukunft besser verkaufen. Darum lohnt es sich, die Konsumenten dahingehend zu sensibilisieren. Schließlich hatte nach einer Schätzung des statistischen Bundesamtes vom April 2020 jeder der 40,1 Millionen Privathaushalte in Deutschland mindestens zehn externe Netzteile im Einsatz. Dabei reicht das Spektrum von Haushalts- und Bürogeräten wie Telefon, Laptop und Router über elektrische Zahnbürsten bis hin zu verschiedensten Leuchtmitteln. Summa summarum ergibt dies rund 400 Millionen dieser Netzteile.

Den höchsten Wirkungsgrad erzielen Gallium-Nitrit-Transistoren (GaN)

Wie aber nun den Wirkungsgrad im externen Netzteil weiter steigern? Ein Austausch liegt nahe. Denn aus Taiwan kommt nun das erste externe GaN-Netzteil, das Wirkungsgrade von bis zu 95 Prozent möglich macht – und damit schon heute die geltenden DoE Level VI Verordnung um rund 7 Prozent übertrifft. Damit werden speziell im Bereich der Stromversorgungen Schaltungen möglich, die wesentlich effizienter sind als solche, die auf herkömmlichen MOSFETs basieren.
Das Prinzip dahinter: Gallium-Nitrit-Transistoren (GaN) ersetzen Super-Junction (SJ) oder Silicon- Carbid (SiC) MOSFETs. Sie arbeiten ökologisch deutlich effizienter. Und damit nicht genug: der extrem hohe Wirkungsgrad ermöglicht die Reduzierung von Kühlelementen, was wiederum zur Halbierung der Baugrößen führt. Wer schon einmal versucht hat ein Desktop Netzteil in seinem schmalen Notebook- Etui unterzubringen, weiß diesen Vorteil klar zu schätzen.

Erhältlich sind die GaN FET Desktop Netzteile aktuell in Leistungsklassen von 120,160, 200 und 250 Watt. Ihre Ausgangsspannungen reichen dabei von 12 bis 65 VDC. In puncto Zulassung weisen die Netzteile sowohl die IT (EN62368-1) als auch die Medizinische (60601-1-2) Zulassung auf.

Wie wirtschaftlich sind GaN-Netzteile?

Klimaschutz ist das eine Argument, das für den Einsatz der neuen Netzteiltechnologie spricht. Dabei ist zu bedenken, dass die vorab genannten Zahlen und Berechnungen sich lediglich auf Privathaushalte beziehen. Rechnet man hier noch die weitaus größere Menge an externen Netzteilen, die im industriellen-, kommunalen-, behördlichen und medizinischen Umfeld im Einsatz sind, hinzu, ist die erzielte Einsparung beim Stromverbrauch und bei den CO2-Emissionen um ein x-Faches größer.

Neben dem Green-Sells Argument gibt es jedoch noch einen weiteren Punkt, der für den Einsatz von GaN-Netzteilen spricht: die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. So errechnet sich der Wirkungsgrad eines Netzteils durch die Division von abgegebener Leistung durch zugeführter Leistung (Eta = Pab : Pzu).
Bei einem herkömmlichen externen Netzteil mit 88 Prozent Wirkungsgrad bedarf es also der Zuführung von 181 W, um eine Abgabeleistung von 160 Watt zu erhalten. Im Fall eines GaN-Netzteils mit 95 Prozent Wirkungsgrad sind es dagegen lediglich 168 Watt. Eine Differenz von 13 Watt!

Angenommen, ein 160 Watt Netzteil ist an 12 Stunden am Tag und an 365 Tagen im Jahr in Betrieb, so ergibt sich eine Einsparung von rund 57 kWh im Jahr. Laut Statistik liegt der Kilowattstundenpreis für 2022 in Deutschland bei 43 Cent. Durch den Einsatz eines GaN-Netzteils ergibt sich damit eine jährliche Einsparung von 24,51 Euro.
Aufgrund der noch geringen Produktionsstückzahlen sind GaN-Netzteile derzeit noch teurer als herkömmliche Netzteile. So beträgt der Unterschied bei einem 160 Watt Desktop-Netzteil derzeit noch 12 Euro. (Berechnungsgrundlage: Abnahme von 100 Stück bei einem Preis von 53 beziehungsweise 65 Euro). Doch durch die Einsparung von 24,51 Euro an Stromkosten amortisiert sich dieser Mehrpreis bereits innerhalb der ersten sechs Monaten. GaN-Netzteile leisten also nicht nur einen Beitrag zum Klimaschutz und zur Energieeinsparung, sie schonen auch den Geldbeutel. 


Das könnte Sie auch interessieren

Reliability, Power Supplies, CUI

CUI / Stromversorgung

Zuverlässigkeit von Netzteilen (Teil 1)

fotogestoeber, Problem, Lösung

inpotron Schaltnetzteile

Schnell und sicher zur passenden Stromversorgung

Gaia Schaltnetzteile EMV

Basiswissen Stromversorgung

Synchronisation verbessert EMV von…

Microchip Technology, EV37F82A, MCP1012,

Microchip / Würth Elektronik eiSos

Hilfsstromversorgung ohne Optokoppler realisieren

Power Woche Trends 2021

5 wichtige Power-Kriterien

Worauf müssen Entwickler von Stromversorgungen…

Camtec Power Supplies

25 Jahre Elektronik aus dem Schwarzwald

Prägende Erfahrungen aus dem Rennsport

XP Power, Distrelec, Power Supplies, Distribution

Vertriebsvereinbarung

Distrelec vertreibt Stromversorgungen von XP Power…

Traco Power, Stefan Schaffhauser

Traco Power

Stefan Schaffhauser wird neuer CEO

Schukat electronic, Mean Well, Power Supplies, HRP-N

Mean Well / Schukat

Industrie-Schaltnetzteile liefern hohe…

Themenwoche Stromversorgung

Power-Talk (Teil 1)

Corona-Jahr 2020 und aktueller Zustand der Branche

Themenwoche Stromversorgung

Michael Schrutka, Recom Power

Kontaktkühlung statt Lüfter fürs Thermo-Management…

Themenwoche Stromversorgung

Power-Talk (Teil 3)

Was bedeutet das Industrial IoT für die…

Emtron

Advertorial

Maßgeschneiderte Lösungen mit modularen Netzteilen

Externes Netzteil bietet  viele Freiheitsgrade, aber es gibt ebenfalls so Einiges zu beachten

Stromversorgung

Fehlerquellen bei externen Netzteilen vermeiden

Electric Vehicle. Charger

Elektromobilität

Flexibel Laden mit Standardnetzteilen

inpotron Schaltnetzteile

Inpotron will Umsatz bis 2028 verdoppeln

»Wir entwickeln Netzteile für Systeme«

Produkte des Jahres 2021 – Power

Produkte des Jahres 2022

Power

Magic Power Technology, Power Supply, MPE-J020

Magic Power Technology

25-W-Netzteil huckepack aufs Board

Systemtechnik Leber, Obsoleszenz

Systemtechnik Leber

Obsolenz-Management bei zu langen…

Cosel

Netzteilserie PJMA von Cosel

300 W für hochwertige Medizinanwendungen

Vicor

Prognosen von Vicor für 2022

Covid-19 beschleunigt die Elektrifizierung

Open-Frame-Netzteile sind Standardkomponenten, die in OEM-Systeme sind und die STeckdose versorgt

Open-Frame-Netzteile

Design-in optimal gestalten

Hermann Püthe

inpotron Schaltnetzteile

»Wir kaufen alle Komponenten, die wir kriegen…

Leistungs-MOSFETs von Taiwan Semiconductor.

Volle Auftragsbücher, lange Lieferzeiten

»Von Entspannung keine Spur«

PULS

Puls baut Werk in Tschechien aus

Fertigung in Europa – wichtiger denn je

sodawhiskey/stock.adobe.com

Stromversorgungen

Advanced Energy übernimmt SL Power

Verwandte Artikel

Systemtechnik LEBER GmbH & Co. KG