Neue Effizienzstandards für externe Stromversorgungen

Die neue Serie GST von Mean Well erfüllt sowohl die US Richtlinie DOE VI als auch Anforderungen gemäß EU CoC V5. Emtron

Mehr als vier Netzadapter pro Einwohner: Bereits Anfang der 1990er Jahre waren allein in den USA über eine Milliarde externe Stromversorgungen im Einsatz. Die meisten basierten auf Lineartechnik billigster Machart, häufig  mit einem Wirkungsgrad unter 50 %. Selbst bei abgeschaltetem oder sogar entkoppeltem elektrischen Verbraucher wandeln solche Netzteile einen Großteil der kostbaren elektrischen Energie nutzlos in Wärme um. In weniger als 20 Jahren, so berechneten Experten damals, würden diese Verschwender für rund ein Drittel des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich sein. Höchste Zeit also, die Energieeffizienz von Netzteilen in allen Betriebsarten erheblich zu verbessern.

Ein schwieriges Unterfangen in einem Produktbereich, der von einem enormen Kostendruck getrieben ist. Beim Geräte- und Schaltungs-Design konzentrierten sich Entwickler meist auf ihre Kernkompetenzen und sparten das Thema Stromversorgung lange aus. Eine simple Standard-Hohlbuchse für den Anschluss eines Netzteils musste bei vielen Applikationen ausreichen, um irgendwie Strom ins System zu bekommen. Erst seit einigen Jahren beziehen Entwickler die Auswahl der für die jeweilige Anwendung optimalen Stromversorgung erheblich früher in den Designprozess ein – zumindest dann, wenn das Netzteil direkt ins Gehäuse integriert werden soll. Aber auch für den Einsatz von externen Stromversorgungen gibt es einige Richtlinien zu beachten.

Dynamisches regulatorisches Umfeld

Seit 2004 gibt es verpflichtende Richtlinien für die Energieeffizienz externer Stromversorgungen. Damals legte die CEC (California Energy Commission) die weltweit ersten verbindlichen Auflagen für die Anbieter fest. Dieser Schritt war eine Reaktion auf die sprunghaft angestiegene Verbreitung von Produkten wie Notebooks, Mobiltelefonen, Heim- und Kleinbüroausrüstungen, die zum großen Teil externe Ladegeräte und Netzteile verwenden.

Nach diesem ersten Schritt zum Eindämmen der Stromverschwendung haben Regulierungsbehörden weltweit in schneller Folge strengere Richtlinien erlassen und Standards harmonisiert. In der EU wurde zunächst die Richtlinie 2005/32/EG vom 6. Juli 2005, die auch Energy-using Products (EuP) Directive genannt wurde, erlassen und später durch die Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG abgelöst. Sie dient der Schaffung eines Rahmens für die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte (Energy-related Products, ErP). Die Möglichkeit für Hersteller in der EU, sich zur Einhaltung darüber hinaus gehend bessere Werte zu verpflichten, stellt der Code of Conduct derzeit in Version 5 (CoC V5) dar. Wie der Titel bereits vermuten lässt, handelt es sich hier um eine Selbsterklärung, die nicht wie eine EU-Richtlinie bindend ist.

Anbieter externer Stromversorgungen, die ihre Produktserien weltweit verkaufen, sind angehalten, die jeweils strengsten Anforderungen zu erfüllen. Derzeit ist dies in der EU die Richtlinie 2009/125/EG, für die USA die ab Februar 2016 geltende  DOE Level VI.

Effizienzklassen für Stromversorgungen

Das Energy-Star-Programm etablierte einen Standard für das Messen und Beschreiben der Energieeffizienz von Netzteilen. Es ist auch heute noch die Basis für die internationale Kennzeichnungspflicht der Energieeffizienz (International Efficiency Marking Protocol). Diese verpflichtet Hersteller, die Effizienz ihrer Stromversorgungen durch den Aufdruck einer römischen Zahl auf dem Typenschild zu kennzeichnen. Die Kennzeichnungsvorschriften definieren Grenzwerte sowohl unter Last als auch im lastfreien Betrieb.

Für die Bestimmung der Energieeffizienz kommt  eine von der IEC als AS/NZS 4665 Part 1 und Part 2 definierte, international anerkannte Testmethode zum Einsatz. Dabei werden die Ein- und Ausgangsleistung bei 25, 50, 75 und 100 % der spezifizierten Ausgangsleistung erfasst. Die Einzel- und Durchschnittsergebnisse gehen in die Bewertung ein.

Zwischen 2008 und 2012 übernahmen der US-amerikanische EISA-Standard, die europäischen ErP-Regulierungen und die australische Minimum Equipment Performance (MEP) sowie die Rahmenwerke von Natural Resources Canada (NRCan), die Level-IV-Spezifikationen der CEC. Die EU setzte die Richtlinie 2009/125/EG in Kraft, die bis zum 20. November 2010 umgesetzt werden musste. In Deutschland erfolgte dies tatsächlich erst zum 25. November 2011.

Der Effizienzstandard DOE Level VI enthält im Gegensatz zu EU CoC V5 auch Spezifikationen für Netzteile über 250 W. Emtron

Strengere Grenzwerte

Die Richtlinie 2009/125/EG  stellte bislang die strengsten Richtwerte dar. Für den Bereich Stromversorgungen waren hiervon nahezu alle Produkte betroffen, die mit Consumer- und Office-Produkten geliefert werden. Dazu zählen externe Netzteile für Telefone, Tablets, Notebooks sowie für Produkte wie Set-Top-Boxen, Switches und WLAN-Router.

Im Februar 2014 veröffentlichte das US-amerikanische Energieministerium (Department of Energy, DOE) schließlich den noch strengeren Energieeffizienz-Standard Level VI, der ab 10. Februar 2016 für die USA bindend sein wird. Die Richtlinie gilt für Neugeräte, die nach diesem Datum produziert werden. Vorher gefertigte Netzteile dürfen auch danach in den USA verkauft werden – auch wenn sie nicht dem Level VI entsprechen. Andere Regionen, darunter die EU, Kanada und Australien, werden den US-Behörden voraussichtlich folgen und die strengeren Level-VI-Vorgaben für die Energieeffizienz von Stromversorgungen eher früher als später verbindlich vorschreiben. Die europäische Ecodesign-Richtlinie durchläuft bereits den Revisionsprozess und wird voraussichtlich die meisten – wenn nicht alle – Vorgaben des US-Standards übernehmen.

Definiert ist eine externe Stromversorgung als ein Gerät, das Wechselstrom von einer Steckdose auf eine niedrigere Wechsel- oder Gleichspannung umsetzt, die direkt für den Betrieb eines elektrischen Schaltkreises genutzt wird. Die Stromversorgung besitzt zudem ein eigenes, vom Endverbraucher unabhängiges Gehäuse und versorgt dieses über ein separates, mit einem Stecker bestücktes Kabel.

In ein Rack integrierte Stromversorgungen fallen demnach ebenso wenig unter die Kennzeichnungspflicht wie Embedded-Netzteile: Obwohl diese Typen häufig ebenfalls eigene Gehäuse besitzen, sind sie physikalisch nicht unabhängig vom Endprodukt. Ausgenommen sind des Weiteren verschiedene andere Stromversorgungen – etwa solche, die eine Zulassung für medizinische Anwendungen benötigen oder zum Aufladen von Batterien dienen.

Level VI wirkt sich auf industrielle Applikationen aus

Die Level-VI-Spezifikationen schreiben nicht nur für Standard- und Niederspannungsnetzteile mit geringer Leistung eine höhere Energieeffizienz vor: Erstmals enthalten sie Klassifikationen für Mehrspannungsnetzteile bis 250 W und Einzelspannungsstromversorgungen mit über 250 W.

Tisch- und Stecker-Netzteile für Desktop-Anwendungen beispielsweise liegen heute in der Regel im Leistungsbereich bis  250 W. Sie liefern meist eine Ausgangsspannung von 12, 24 oder 48 V und fallen somit in den Wirkungsbereich von Level VI. Daher muss die durchschnittliche Energieeffizienz mindestens 88 statt wie bisher 87 % betragen, zudem darf die Leistungsaufnahme von Stromversorgungen mit 49 bis 250 W im lastfreien Betrieb nicht über 0,21 W liegen. Die bisherige Grenze von 0,5 W gilt nun für die neue Kategorie von Netzteilen über 250 W.

Durch das zusätzliche Erfassen der Stromversorgungen über 250 W wird sich Level-VI-Standard verstärkt auf industrielle Anwendungen auswirken. Auch die höheren Effizienzanforderungen an Produkte im Leistungsbereich von 50 bis 250 W können bestimmte Arten industrieller Produkte stärker beeinflussen als die bisherigen Level IV und V – darunter Geräte, die bislang nicht betroffen waren, etwa portable Geräte mit hoher Leistungsaufnahme wie mobile Testgeräte oder Laborinstrumente. Die Entscheidung für eine externe Stromversorgung fällt hier oftmals, um einen möglichst kleinen Formfaktor der Geräte zu erreichen, sodass sie sich leichter verstauen und transportieren lassen.

Auch vorübergehend installierte Applikationen können betroffen sein, etwa Notfall-Entlüftungen oder Trocknungsgeräte sowie elektronische Einrichtungen für Handel, Ausstellungen oder Messen.

Entwickler profitieren vom Einsatz hochwertiger Netzteile

Hersteller wie Mean Well und Cincon erweitern ihr Portfolio an hochwertigen externen Stromversorgungen ständig um Modelle mit noch besserer Energieeffizienz und bieten ihren Kunden dadurch mehr Auswahl und höhere Flexibilität. Emtron Electronic in Nauheim hat das komplette Programm dieser Hersteller im Angebot und berät ausführlich beim Einsatz dieser Produkte.

Cincon Tisch- und Stecker-Netzteile sind speziell nach DOE-VI-Anforderungen entwickelt und mit den Stecker-Wechsel-Adaptern für den weltweiten Einsatz geeignet. Emtron

Viele Modelle, die konform zu USA DOE Level VI sind, erfüllen darüber hinaus bereits zusätzlich die strengeren Anforderungen der Spezifikationen EU CoC V5, so auch die Stromversorgungen der GST-Serie von Mean Well.

Geräteentwickler müssen der Energieeffizienz heute immer mehr Aufmerksamkeit widmen. Die Auswahl des für eine spezifische Anwendung am besten geeigneten Netzteils kann die Entwickler fachlich und zeitlich erheblich fordern. Hier bietet sich die Zusammenarbeit mit einem Spezialdistributor wie Emtron an, der neben einem sehr vielfältigen Produktangebot auch ein breit gefächertes Spektrum an Beratungsleistungen bereithält. Neben dem, für die Applikation passenden optimalen Netzteil, lassen sich so oft auch effizientere Alternativen finden.

Unterm Strich bietet die Auswahl energieeffizienter, hochwertiger Netzteile Konstrukteuren handfeste Vorteile: Da die Produkte weniger Abwärme produzieren, sind sie zuverlässiger und langlebiger. Leistungsfähige Schaltungen korrigieren den Leistungsfaktor (Power Factor Correction, PFC) und filtern hochfrequente Störsignale. So gehen Anwender sicher, dass ein Netzteil EMV-Bestimmungen einhält und die Betriebssicherheit des nachgeschalteten Verbrauchers nicht beeinträchtigt. Diese Maßnahmen reduzieren den Oberwellenanteil auf den Zuleitungen, helfen Energieverluste zu begrenzen und den Wirkungsgrad hoch zu halten. Viele von Emtron vertriebene Stromversorgungen erreichen Wirkungsgrade von deutlich über 90 % und bringen auch in schwierigen Umgebungen fehlerfrei ihre Leistung.

Dieses Engagement zahlt sich auch für die Umwelt aus: Die amerikanische Umweltschutzbehörde EPA schätzt, dass die Regulierungen für externe Stromversorgungen über das letzte Jahrzehnt rund 32 Milliarden kWh eingesparte. Pro Jahr gelangen so über 24 Millionen Tonnen CO₂ weniger in die Luft.

(jwa)