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Potenzial zum Stromsparen

21. Oktober 2014, 8:24 Uhr | von Stefan Bergstein

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Einflussfaktoren auf den Wirkungsgrad

Das Kapitel Wirkungsgrad ist damit aber noch nicht ganz erschöpfend behandelt. Denn ein schlechter Wirkungsgrad hat noch weitere negative Auswirkungen. Geräte mit hoher Verlustleistung erhitzen sich stärker, und damit sinkt die statistische Lebenserwartung der jeweiligen Stromversorgung. Dieser Effekt lässt sich quantifizieren: Eine um 10 K höhere Betriebstemperatur halbiert gemäß umfangreicher empirischer Studien die Lebensdauer elektronischer Bauelemente. Verrichtet eine nicht optimal ausgelegte Stromversorgung dann ihren Dienst auch noch auf einer Hutschiene, Seite an Seite mit anderen Geräten, und heizt diese mit auf, so reduziert sich die Lebensdauer der gesamten Anlage. Die einfache Gleichung lautet: hohe Betriebstemperatur = geringe Lebensdauer = hohe Ausfallwahrscheinlichkeit = hohe Kosten.

Damit wird deutlich, dass eine Einsparung von einigen Prozent des Einkaufspreises für einen energetischen Kompromisskandidaten letztlich nicht nur durch die höhere Stromrechnung wieder mehr als aufgefressen wird; die kürzere statistische Lebenserwartung verursacht im Falle eines verfrühten Ausfalls mit Sicherheit darüber hinaus auch deutlich höhere Kosten als die erwähnte Einsparung für eine nicht ganz so hochwertiges Stromversorgung.

Und noch eine kleine Rechnung: Nehmen wir an, zwei Stromversorgungsgeräte kommen in die engere Wahl. Das eine erzielt einen Wirkungsgrad von 89%, das andere von 92%. Also auf den ersten Blick gerade einmal drei Prozentpunke Differenz. Setzt man bei beiden Geräten die unproduktiv erzeugte Wärme ins Verhältnis, so zeigt sich, dass der Unterschied durchaus beträchtlich ist. Während das eine Gerät 8 W »Abfallwärme« erzeugt, sind es beim anderen immerhin 11 W – das macht einen Unterschied von satten 37,5% aus. Einen entsprechend höheren Aufwand muss der Konstrukteur treiben, um die Wärme wieder aus dem System zu bekommen. Das taucht zwar in der Preisliste nicht auf, kostet aber natürlich auch Geld.

Tatsächlich schlägt sich ein guter Wirkungsrad auch in einer kompakteren Bauform nieder: Mit den modernen Geräten, die nur wenig Wärme generieren, lässt sich zudem noch eine höhere Packungsdichte erzielen als mit weniger stark optimierten Geräten. Nimmt man dann noch den Aufwand für Entwärmungsmaßnahmen hinzu (Kühlrippen, Lüfter etc.), so wird deutlich, dass auch hier der Wirkungsgrad stark in die Rechnung eingeht. Angegeben wird die Packungsdichte von Stromversorgungen in Watt pro Liter Volumen (W/l). Von zeitgemäßen Stromversorgungen dürfen Kunden einen Wert von mehr als 200 W/l erwarten.

Einflussfaktoren auf den Wirkungsgrad

Um wirklich das optimale Gerät für die jeweilige Anwendung zu erhalten, reicht die eindimensionale Datenblattangabe eines Wirkungsgrads nicht aus. Denn dieser Parameter hängt auch vom Betriebszustand des Geräts ab. Den besten Wert erzielen viele Geräte unter Volllast oder bei 80% bis 90% dieser maximalen Auslastung. Aber die wenigsten Stromversorgungen werden ständig oder auch nur überwiegend in diesem Bereich betrieben. In vielen Anwendungsbereichen laufen Stromversorgungen überwiegend im Teillastbetrieb bei 20%, 50% oder 60% der maximalen Last. Sehr häufig sind auch Anwendungen, bei denen eine Stromversorgung lange Zeit im Leerlaufbetrieb arbeitet, um beim Eintreten eines definierten Ereignisses dann die Energie für einen Verbraucher bereitzustellen. Es ist Systemintegratoren also dringend anzuraten, sich über den Wirkungsgrad ihres Geräts bei realistischen, applikationsspezifischen Einsatzbedingungen zu informieren und dabei auch die Energieaufnahme im Leerlauf zu berücksichtigen.

Als Beispiel für ein Gerät mit konstant hohem Wirkungsgrad bei Teil- und Volllast dient das »SDR-240-24« des Herstellers Mean Well (Vertrieb: Emtron electronic). In einem Vergleichstest mit ähnlichen Industrie-Stromversorgungen, durchgeführt von der Universität Erlangen-Nürnberg, erzielte dieses Gerät einen ausgezeichneten Wirkungsgrad über einen breiten Lastbereich. Zwischen 50% Auslastung und Volllast fiel die Effizienz an keiner Stelle der Lastkurve unter den Wert von 90%; bei mittlerer Auslastung erreichte das SDR-240-24 einen Wert von 93,9%.

Bei Anwendungen, die über lange Zeit im Standby-Modus verharren, ist die Leerlaufleistung von großem Interesse. Denn wenn diese auch nur einige Watt betragen sollte, so kommt im Lauf von Wochen und Monaten doch auch eine erkleckliche Energiemenge zusammen, die sich in der Stromrechnung deutlich bemerkbar macht. In einigen Anwendungsbereichen, etwa bei Consumer- oder medizinischen Geräten und Leuchten, sind diesbezüglich auch gesetzliche Regelungen und Standards einzuhalten. Mit einer Leerlaufleistung von weniger als 1 W ist man auch im industriellen Bereich auf der sicheren Seite. Ein Beispiel für eine Stromversorgung mit besonders niedriger Leerlaufleistung ist die Produktfamilie »EPP-300«, ebenfalls von Mean Well. Bei einer Ausgangsleistung von 300 W entnehmen diese Geräte dem Netz im Leerlauf weniger als 0,5 W.

Über den Autor:

Stefan Bergstein arbeitet im Vertrieb bei Emtron electronic.