Komponente Stromversorgung:
Betriebskosten beachten!

Bei der Beschaffung von Stromversorgungen im industriellen Umfeld steht die Wirtschaftlichkeit der Geräte im Mittelpunkt. Dem Einkäufer springt dabei zunächst der Preis der Geräte ins Auge. Wirtschaftlichkeit bedeutet indessen deutlich mehr. Im Mittelpunkt der Betrachtungen sollte der Wirkungsgrad des jeweiligen Systems stehen. Trotz seiner sicherlich zentralen Bedeutung ist der Wirkungsgrad jedoch nicht der einzige relevante Aspekt bei der Auswahl. Ein weiterer Trend ist die höhere Leistungsdichte, das heißt hin zu kleineren, schlankeren Bauformen.

Der Wirkungsgrad eines Stromversorgungsgeräts definiert bekanntlich das Verhältnis von aufgenommener zu abgegebener elektrischer Leistung und ist daher stets kleiner als 100%. Um nahe an diese Marke heranzurücken, sind besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich, eine hohe Güte der verwendeten Bauteile ebenso wie eine ausgefeilte Schaltungstechnik. Je näher sein Wirkungsgrad bei 100% liegt, desto höher liegt in der Praxis auch der Preis für so ein Gerät. Manche Einkäufer mögen sich deshalb versucht sehen, sich mit einer mittelmäßigen Stromversorgung zu einem Discount-Preis zu begnügen. Doch eine solche Entscheidung kostet langfristig und kurzfristig Geld – in aller Regel mehr als bei einer solchen Beschaffungsentscheidung eingespart werden kann. Ein Gerät mit einer Ausgangsleistung von 100W und einem eher durchschnittlichen Wirkungsgrad von 76% verursacht in einem Jahr bei Dauerbetrieb und einem Energiepreis von 20 Eurocent je Kilowattstunde schon Mehrkosten von knapp 35,00 Euro gegenüber einem Alternativmodell mit einer sehr guten Energieeffizienz von 90%. Wohlgemerkt, das sind nur die Mehrkosten für den Strom, den das Billiggerät nutzlos verheizt. Damit hätte sich das höherwertige Gerät schon nach spätestens drei Jahren amortisiert. Aber die Stromrechnung ist nicht der einzige Faktor, der in die Kosten-Nutzen-Rechnung einer Stromversorgung eingehen sollte. Denn die Wärme, die eine schlechte Stromversorgung erzeugt, muss nicht nur bezahlt, sondern auch wieder weggekühlt werden. Werden in einem Schaltschrank mehrere solcher suboptimalen Geräte eingesetzt – oft sind es ein Dutzend und mehr – so steigt die Temperatur in dem Blechkabinett unnötig an. Es müssen also Maßnahmen getroffen werden, die Temperatur auf einem für die elektronischen Schaltkreise verträglichen Level zu halten. Wir erinnern uns an den Physikunterricht: Je 20 Grad Celsius Temperaturerhöhung bedeuten für elektronische Bauteile statistisch eine Halbierung ihrer Lebenserwartung. In der Regel geschieht das Herunterkühlen durch zusätzliche Lüfter, die entweder in die Gehäuse der Stromversorgung eingebaut oder externe Kühl- und Lüftungs-Geräte, die zusammen mit einer geeigneten Steuerung in den Schaltschrank als Ganzes eingebaut werden. Der Aufwand dafür dürfte bereits einen guten Teil der Ersparnisse aufbrauchen, die durch die Auswahl eines preiswerteren, aber nicht sonderlich effizienten Stromversorgungsgerätes entstanden sind. Ganz abgesehen davon, dass diese Vorrichtungen nun ihrerseits ebenfalls wieder elektrische Energie verbrauchen, der die Stromrechnung zusätzlich belastet. Und noch ein anderer Aspekt sollte bei der Beschaffung eines Stromversorgungsgeräts in die Kosten-Nutzen-Rechnung eingehen: Der Wirkungsgrad hat auch einen Einfluss auf die Baugröße. Ein Gerät, das sich im Betrieb stark erhitzt, kann nicht so kompakt gebaut werden, wie eines, das weniger Wärme erzeugt. Zudem beanspruchen die eingebauten aktiven oder passiven Kühlmaßnahmen (Kühlkörper beziehungsweise Lüfter) zusätzlichen Bauraum, je nach Ausführung sogar in erheblichem Umfang. Dieser Zusammenhang findet seinen Niederschlag in der Leistungsdichte, gemessen in Watt je Liter Bauvolumen. Gute Geräte bieten eine Leistungsdichte von deutlich mehr als 200 Watt je Liter.

 Mean Well-Serie DR, 75 bis 480 Watt (Bild: Emtron electronic GmbH)
Mean Well-Serie DR, 75 bis 480 Watt (Bild: Emtron electronic GmbH)

Wirkungsgrad im Schaltschrank

Das Gerät der Serie Mean Well SDR-240 (Abb.1) von Spezialdistributor Emtron electronic GmbH aus Nauheim zeichnet sich durch einen Wirkungsgrad von deutlich über 90% aus. Die für die Einsatzbedingungen industrieller Schaltschränke konzipierten Hutschienen-Netzteile haben schon seit mehreren Jahren einen festen Platz im Lieferprogramm von Emtron. In einem unabhängigen Test erwies sich diese Gerätefamilie nicht zuletzt deswegen als Testsieger, weil sie ihren hohen Wirkungsgrad nicht erst unter Volllast erreicht, sondern bereits bei mittlerer Auslastung. Das ist wichtig, denn die wenigsten Stromversorgungsgeräte werden ständig nahe an ihrem Lastlimit betrieben. Um beim Emtron-Lieferspektrum zu bleiben: Die erwähnte Gerätefamilie SDR bietet eine wesentlich höhere Energieeffizienz als die ansonsten ähnlich positionierte Baureihe DR (Abb.2), nimmt im Schaltschrank aber deutlich weniger Platz in Anspruch. In der Praxis geht der Trend also zu höheren Leistungsdichten, etwa in Form höherer Ausgangsleistungen bei konstantem Volumen oder hin zu kleineren, schlankeren Bauformen als feststehende und in der Praxis bewährte Leistungspunkte. Zudem ist Emtron bestrebt, gerade im Bereich der Stromversorgungen für den Schaltschrankeinbau (DIN- oder Hutschienen-Netzteile) das Netz der verfügbaren Modelle noch dichter zu knüpfen, sodass Kunden leichter ein Modell finden, dass genau auf ihren Bedarf zugeschnitten ist. Auf der Leistungsskala wächst das Produktangebot nach oben, vor allem aber auch nach unten zu kleineren Leistungen hin – ein Ergebnis der Entwicklung stromsparender Schaltkreise und Mikroprozessoren für die Maschinensteuerungen, welche die Schaltschränke bevölkern. Neben dem Wirkungsgrad sind natürlich noch einige andere Parameter bei der Auswahl einer Stromversorgung zu beachten, etwa die Vibrationsfestigkeit oder die oberen und unteren Schranken der Umgebungstemperatur. Dadurch kann durchaus der Fall eintreten, dass der Einkäufer des Systemintegrators dann doch auch einen Kompromiss gegenüber dem ansonsten die Auswahl dominierenden Wirkungsgrad eingehen muss. Industrielle Anwendungen erfordern in aller Regel einen weiten Betriebstemperaturbereich, wobei am oberen Ende der zulässigen Skala in der Regel ein mehr oder weniger ausgeprägtes Derating eintritt, das heißt, dass eine Stromversorgung in diesem oberen Abschnitt der Temperaturskala nicht mehr die volle Ausgangsleistung zur Verfügung stellen kann. Für spezielle Anwendungsbereiche kann es zudem vorkommen, dass bestimmte Zertifizierungen vorgeschrieben sind. Auch hier muss der Käufer hin und wieder Kompromisse bei der Auswahl des geeigneten Stromversorgungsmodells eingehen. In aller Regel ist die Ausstellung solcher Zertifikate durch die jeweiligen Institutionen aber nur eine Frage der Zeit; die Hersteller von Stromversorgungen sind selbst daran interessiert, Zertifizierungslücken in ihrem Produktprogramm sukzessive zu schließen. Im Zweifelsfall sollten sich Kunden an ihren Distributor wenden, der gemeinsam mit ihnen eine tragfähige Lösung finden wird.

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