Sparhilfe oder Schlangenöl?
Leistungsfaktorkorrektur – Eine Einführung
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Leistungsfaktorkorrektur – Eine Einführung
Der Wert für den Kondensator berechnet sich mit Hilfe der Reaktanz der Schaltung X = Blindleistung/I2eff = 30,34 Ω zu C = 105 μF (= 1/(2π · f · X)). Da der Strom durch den Kondensator mit einer Phasenverschiebung von 180° zum Induktivanteil der Last in den Stromfluss eingeht, lässt sich die Blindleistung des Kondensators direkt von der Blindleistung der Last abziehen, es ergibt sich ein Blindleistungswert von Null beziehungsweise nahezu Null.
Diese Korrektur verändert natürlich keineswegs die von der Last aufgenommene Wirkleistung, sie macht sich aber als substanzielle Senkung der Blindleistung und somit des aus dem 230-V-Netz gezogenen Gesamtstroms bemerkbar. Die Korrekturschaltung beinhaltet eine ganze Reihe von Hochspannungskondensatoren und eine Steuerung, welche die passenden Kondensatoren parallel zur Netzversorgung anschaltet. Die meisten frei erhältlichen Stromspargeräte beruhen auf diesem Prinzip. Die Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction, PFC) ist daher eher für Industrieanlagen mit überwiegend reaktiven Lasten, beispielsweise große Motoren, gedacht.
Daher wird mit Industriekunden meist nach Scheinleistung abgerechnet. Darüber hinaus müssen große Industriekunden typischerweise für einen Nettoleistungsfaktor, der unter einem bestimmten Wert liegt, noch Strafzahlungen leisten, da dieser direkt in die Streckenverluste des Energieversorgungsunternehmens eingeht. Selbst wenn ein PFC-Gerät nicht die Stromrechnung senkt, ändert dies nichts an der Tatsache, dass induktive Lasten sich mit korrigiertem oder zumindest besserem Leistungsfaktor deutlich effizienter verhalten.
Indem sie die benötigten Magnetisierungsströme für Induktionsmotoren und Transformatoren bereitstellen, tragen PFC-Kondensatoren dazu bei, den aus dem Netz aufgenommenen Strom zu senken. Weniger Strom heißt weniger Last für Transformatoren und Leitungen. Da der in den Leitungen fließende elektrische Strom sinkt, sinken auch die I2R-bedingten Verluste, was die Effizienz steigert und zu kleineren Ausfallraten führt.
Zu den weiteren positiven Effekten gehört auch ein geringerer Geräteverschleiß (unter anderem reduziert sich auch der vom Motor zu bewältigende Strom), die Lebensdauer steigt, und es treten weniger Störungen durch Oberwellen auf. Da für einen Privathaushalt die Last eher resistiver Natur ist, kann ein Privatkunde nur wenig von einer Leistungsfaktorkorrektur profitieren, während diese für manche Industrieanlagen zwingend notwendig sein kann.
In einem Fall allerdings kann die PFC auch im Privatbereich nützlich sein: bei der Planung von Backup-Energiesystemen mit Wechselrichtern oder USVSystemen (Unterbrechungsfreie Stromversorgung). Eine Korrektur des Leistungsfaktors von 0,65 auf 1 reduziert die VA-Last um 35% und führt damit zu kompakteren Abmessungen.
Trotz gleichem Leistungsbedarf kann so ein preisgünstigerer Wechselrichter zum Einsatz kommen. Die meisten motorbetriebenen Haushaltsgeräte haben heute schon einen entsprechend großen Kondensator eingebaut, insbesondere gilt dies für Geräte mit dem »Energy Star«-Siegel. Mit dem »Energy Star« ausgezeichnete Produkte müssen nicht nur eine maximal vorgegebene Wirkleistung in den verschiedenen Betriebsarten unterschreiten, es ist auch ein minimaler Leistungsfaktor definiert, den ein Gerät einhalten muss, um die Zertifizierung zu erhalten.
Die »Energy Star«-Version 5.1 für Spielkonsolen und Computer beispielsweise setzt für die Zertifizierung einen Leistungsfaktor größer 0,9 bei 100% Ausgangsstrom oder eine maximale Ausgangsleistung von weniger als 75 W voraus. Wer also ein zusätzliches PFC-Gerät kauft, das neben dem Stromzähler montiertist, der erhält für seinen Haushalt lediglich eine redundante Schaltung, die völlig unnötig ist. Es handelt sich also, vorsichtig formuliert, um einen Marketingtrick.
- Leistungsfaktorkorrektur – Eine Einführung
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