IM-Expertenpool: Elektronik : Die „grüne“ Stromversorgung: Solide Fakten statt modischem "Greenwashing"

Fragt man, was eine „grüne Stromversorgung“ auszeichnet, denken die meisten zunächst an den Wirkungsgrad. Das ist auch nicht verkehrt, weil dieser Parameter direkt mit den Stromkosten verknüpft ist. Inzwischen sind Wikungsgrade von 96 Prozent bei Netzteilen durchaus schon machbar. Für Stefan Dehn, Vertriebsleiter beim Stromversorgungsanbieter Schulz-Electronic umfasst der Begriff „grüne Stromversorgung“ aber mehr als nur den Wirkungsgrad.

Dehn verweist auf eine Umfrage bei seinen Kunden. Gesucht wurde das älteste noch im Einsatz befindliche Stromversorgungsgerät. Der „Sieger“ war eine DC-Quelle von Delta Elektronika aus dem Jahr 1976. Das Netzteil funktioniert nach über 40 Jahren noch immer einwandfrei. Dehn: „Jede Mark, die der Kunde in dieses Gerät investiert hat, hat sich gelohnt. Dieser Fall illustriert, was wir unter Nachhaltigkeit verstehen.“ Und er ergänzt: „Unsere Angebotsphilosophie ruht auf den Säulen erstklassige Qualität und konsequente Umweltverträglichkeit. Und weil wir nicht nur in den Fragen der Nachhaltigkeit einer Meinung sind, besteht unsere Partnerschaft zu Delta Elektronika auch schon seit vielen Jahrzehnten.“

Ein wichtiger Aspekt bei der Anschaffung eines Stromversorgungsgerätes sind die Lebenszykluskosten, auch „Total Cost of Ownership“ genannt. Gablers Wirtschaftslexikon definiert sie so: ‚Summe aller für die Anschaffung eines Vermögensgegenstandes, seine Nutzung und ggf. für die Entsorgung anfallenden Kosten.‘ Zu den Nutzungskosten gehören neben den Energiekosten Aufwendungen für Reparaturen oder Modernisierungen. Ein statistisches Maß für die Reparaturanfälligkeit ist die „Mean time between Failure“, MTBF. Netzteile von Delta Elektronika weisen eine durchschnittliche MTBF von mehreren Jahrzehnten auf. Lange Nutzungsdauern aber sind das beste Gegenmittel gegen die wachsenden Elektronikschrottberge.

Ein Lebensdauer-Killer sind erhöhte Betriebstemperaturen. TDK Lambda, ebenfalls ein Partner von Schulz-Electronic, dokumentiert in seinen „Reliability Data“ umfangreiche Informationen zur Temperaturentwicklung. Neben der MTBF-Berechnung findet man dort eine Tabelle zu den Reserven in der Dimensionierung der Bauteile. Die „Component Derating List“ zeigt, zu wie viel Prozent ein Bauteil bei Nennbelastung des Netzteiles tatsächlich ausgelastet ist. Wird ein Transistor bei Einsatz unter Nennlast im Netzteil gerade einmal 99,7°C warm, obwohl er nach Bauteile-Spezifikation bis zu 150°C warm werden darf, ist er nur zu 66,5% ausgelastet. Eine Tatsache, die sich sehr positiv auf die Lebenserwartung auswirkt.

Zitat von Greenpeace: „Das grünste Elektronikgerät ist noch immer das, welches nicht gekauft wird.“ Ein Entwicklungsingenieur beklagte einmal seinen „Geräte-Zoo“: Er verwies auf ein ganzes Regal voller Geräte verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen Schnittstellen und Bedienfunktionen. Angeschafft für spezielle Applikationen und oft schon früh wieder auf dem Weg zum Recycling. Viele Anschaffungen ließen sich aber vermeiden, wenn der Kunde gleich das bekäme, was er braucht. Das betrifft natürlich zunächst die elektrischen Daten, wie z.B. Spannung und Strom, Programmiergeschwindigkeit oder die Verfügbarkeit von Schnittstellen. „Wir favorisieren Geräte mit weiten Einstellmöglichkeiten, also den leistungsstarken Allrounder anstelle vieler Spezialgeräte,“ sagt Dehn. Und werden Geräte international eingesetzt, verhindert ein Weitbereichseingang, dass nicht für bestimmte Regionen gesonderte Geräte angeschafft werden müssen.

Oft hat der Anwender Vorstellungen und Wünsche bezüglich der Geräte-Ausstattung, die er so nicht im Katalog findet. Oder er würde gern ein älteres Gerät modernisiert bekommen. Damit ist er bei Schulz-Electronic an der richtigen Adresse. Aufgrund der engen Kooperation mit ihren Lieferanten sind die Baden-Badener bestens darauf vorbereitet, Umbauten oder Veränderungen an den Geräten, wie die Verlegung von Anschlüssen oder Sonderlackierungen, ohne Einbußen bei der Gewährleistung durchzuführen.

Netzgeräte werden häufig für die Simulation von Bordnetzen von Flugzeugen oder Fahrzeugen eingesetzt. Hier kommt es darauf an, dass im Betrieb nicht nur Leistung erbracht, sondern auch wieder aufgenommen werden kann. Deshalb befinden sich im „Geräte-Zoo“ neben den Netzteilen auch elektronische Lasten. Abhilfe schaffen hier Mehrquadrantengeräte. Diese arbeiten sowohl als Quelle als auch als Senke und machen die getrennte Anschaffung von Stromversorgungen und elektronischen Lasten überflüssig.

Der andere wichtige Aspekt betrifft die Betriebskosten. Ins Auge fällt zunächst der Stromverbrauch. Ärgerlich sind die Verluste von Energie, die nicht dort ankommt, wo sie gebraucht wird. Der „Wirkungsgrad“ sagt uns, wie viel Prozent der aufgewendeten Leistung „nutzbringend“ verwendet wird und wieviel als Verlustwärme geopfert wird. Alle Hersteller arbeiten an der Verbesserung des Wirkungsgrades. Weniger Wärmeverluste bedeutet Ressourcenschonung in zwei Richtungen: weniger Betriebskosten und ein längeres Geräteleben. Ist ein Hersteller hier nicht konsequent, kann der verfrühte Ausfall eines einzigen Bauteils, z.B. eines Elkos, alle Bemühungen um die Lebensdauerverlängerung zunichtemachen.

Man muss sich klar machen, dass auch scheinbar kleine Verbesserungen des Wirkungsgrades in respektablen Einsparungen der Verlustleistung resultieren. Beispiel: ein 500 W-Gerät mit 90 Prozent Wirkungsgrad generiert Verluste von 50 W. Gelingt es, den Wirkungsgrad um fünf Prozent von 90 auf 95 Prozent zu verbessern, sinkt die Verlustleistung auf 25 Watt! Das aber entspricht einer Reduktion von 50 Prozent und stellt eine substanzielle Verbesserung dar. Geräte mit hoher Effizienz müssen nicht mehr so intensiv gekühlt werden. Das bekommen die Menschen zu spüren, die ihren Arbeitstag in einer Laborumgebung verbringen. Sie können sich über die geringere Geräuschentwicklung freuen. Eine auf den ersten Blick günstige Alternative sind DC-Versorgungen auf der Basis von Thyristoren. Die Geräte im Schrankformat brauchen nicht nur viel Platz sondern weisen in der Regel keinen guten Wirkungsgrad auf, so dass die Abwärme durch energieaufwändige Klimageräte weggeschafft werden muss.

Wenn Batterien simuliert werden, wird entweder Strom in die Testanordnung eingespeist oder rückgespeiste Energie wieder aufgenommen. Die herkömmliche Lösung besteht aus einer oder mehreren DC-Quellen und aus elektronischen Lasten, die rückgespeiste Leistung wieder aufnehmen. Bei einem 24-stündigen Betrieb kann je nach Testobjekt so viel rückgespeiste elektrische Energie anfallen, wie ein Zwei-Personen-Haushalt in einem ganzen Jahr verbraucht. Es wäre daher verantwortungslos, diese Energiemenge einfach in die Luft zu „blasen“. Eine elegante Lösung bieten daher Lasten mit Rückspeisung ins Stromnetz, denn sie geben die Bremsenergie wieder dorthin, wo sie herkam.

Die Krönung sind kompakte Geräte, die im 4-Quadrantenbetrieb laufen und schnell vom speisenden in den rückspeisenden Betrieb umschalten. Die TC.GSS Geräte des Schweizer Herstellers Regatron zeigen hier vorbildliches Verhalten und schaffen bei der Rückspeisung Wirkungsgrade von 91 Prozent. Die Energie wird sozusagen nur vorübergehend dem Netz entnommen, für Testzwecke in Gleichspannung gewandelt und als rückgespeiste Bremsenergie wieder dem Netz zurückgegeben. Regatron umschreibt diese Philosophie als GSS: „Grid-tie Source Sink“.

Der namhafte Hersteller elektronischer Lasten, Höcherl & Hackl, bietet mit seiner neuen Serie ERI rückspeisefähige Lasten an. Die Geräte im Bereich von 3,6 bis 10,8 kW haben einen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent. Das „Energie Recycling“, wie Höcherl & Hackl die Rückspeisung bezeichnet, senkt nicht nur die Betriebskosten, sondern verbessert auch das Raumklima.

Auch lohnt es sich, einen Blick auf Eingangsbeschaltung zu werfen. Wie effektiv ist die Blindstromkompensation und wieviel Störungen „spuckt“ ein Gerät ins Stromnetz und stört u.U. andere Geräte im Labor? Das gleiche gilt für die EMV-Parameter. Neben der Festigkeit gegenüber Störungen von außen, steht die Frage, wie sehr ein Gerät die Umwelt verseucht, indem es während des Betriebs zum Sender für Störsignale wird.

Ist ein Gerät defekt, werden Kunden heutzutage oft mit der Aussage, das Gerät sei ja schon recht betagt, zum Kauf eines neuen Modells animiert. Diese Haltung passt nicht zu den Werten von Schulz-Electronic. „Wir bemühen uns gemeinsam mit unseren Partnern darum, wenn es wirtschaftlich Sinn macht, durch eine Reparatur die Funktionstüchtigkeit wiederherzustellen,“ sagt Dehn. So kann eine verfrühte Neuanschaffung vermieden werden, das ist gut für das Budget und schont die Umwelt.

Immer mehr Elektronikschrott: Fast ein halber Zentner pro Kopf summiert sich allein in Deutschland. Weltweit rechnet ein aktueller Report mit einem Anstieg gebrauchter Elektrogeräte bis 2017 auf fast 65,5 Millionen Tonnen pro Jahr. Ein Plus von einem Drittel.

Kühlschränke, Fernseher, Handys, Computer, Monitore, elektronisches Spielzeug und unzählige batteriebetriebene Geräte – die Vielzahl von nützlichen oder unnützen Geräten in jedem Haushalt nimmt beständig zu. Und die Lebensdauer der Apparate wird oft immer kürzer. Die Folge: Der Müllberg mit Elektroschrott wächst uns über den Kopf.

Allein in Deutschland kommen statistisch gesehen Jahr für Jahr mehr als 23 Kilogramm pro Einwohner zusammen. Diese Zahlen nennt jetzt die internationale Initiative Solving the E-waste Problem (StEP) . Keine Bilanz auf die wir stolz sein dürfen: Immerhin sind das nämlich gut dreimal mehr als der globale Durchschnitt von 7 Kilogramm pro Erdenbürger.  

Joachim Tatje ist Mitarbeiter von Schulz-Electronic.