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Lesen Sie, welche Eigenschaften eine Stromversorgung mit Siegerqualitäten haben muss.

Bild: iStock, Kristina Ratobilska

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Anforderungen an moderne Stromversorgungen Gewinner in Sachen Wirkungsgrad

11.05.2020

Effizient und trotzdem kostengünstig – dies charakterisiert eine moderne Stromversorgung. In allen Industriebereichen steigen die Anforderungen hinsichtlich eines effizienten Netzgeräts an. Was braucht eine Stromversorgung, um maximal effizient zu sein? Und welcher Zusammenhang besteht zum Wirkungsgrad und der Baugröße?

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Hersteller von Stromversorgungen entwickeln im Zuge von Digitalisierung und Internet of Things (IoT) immer effizientere Lösung, die den aktuellen und zukünftigen Anforderungen des Markts gerecht wird. Erfahren Sie in diesem Bericht mehr über die ökonomischen und ökologischen Aspekte, die Bedeutsamkeit eines hohen Wirkungsgrades sowie weiteren Anforderungen, die eine moderne Stromversorgung erfüllen, am Beispiel der Stromversorgung Pro 2 von Wago.

Effizienz als Kernelement für High-End-Stromversorgungen

Die Vielfalt der Stromversorgungen am Markt spiegelt die unterschiedlichen Einsatzgebiete und Applikationen wider. Wettbewerb ist gut für den Anwender, denn so kann er die für seine Applikation passende Stromversorgung auswählen. Effizienz und damit einhergehend ein hoher Wirkungsgrad können hierbei ein entscheidender Wettbewerbsvorteil sein. Damit verbunden ist eine geringere Verlustleistung und eine niedrigere Erwärmung im Schaltrank.

Das Ergebnis? Weniger Systemkosten und eine höhere Lebensdauer des Netzteils für den Nutzer. Aber nicht nur die „Total Cost of Ownership“ kann durch einen höheren Wirkungsgrad reduziert werden, sondern auch ökologische Aspekte, wie die Einsparung von CO2 und die Wärmeverlustleistung im Schaltschrank spielen hierbei eine große Rolle. Wie genau, zeigt Ihnen die Wago-Stromversorgung Pro 2.

„Die enormen Einsparpotenziale durch eine moderne Stromversorgung werden oftmals unterschätzt. Das zeigen erste Gespräche mit unseren Kunden. Die Reduktion der Verlustleistungskosten in Euro und die CO2-Einsparungen durch die Pro 2 sind deutlich höher als vom Kunden zunächst angenommen“, sagt Florian Kothe, Business Development Manager Interface bei Wago.

Erfolgsfaktor Design

Die Anforderung der Anwender sind breit gefächert hinsichtlich Preis, Wirkungsgrad, Spannungsbereiche und Einstellbarkeit sowie Baugröße. Diese widersprechen sich zum Teil und sind somit Herausforderungen bei der Entwicklung eines Netzgerätes.

Bereits bei der Auswahl der Topologie des Schaltnetzgerätes werden wichtige Weichen hinsichtlich Wirkungsgrad und Kosten gestellt. Zu den derzeit effizientesten und wirtschaftlichsten Topologien zählen die „soft“ schaltenden Resonanzwandler, bei denen die Verluste durch Schalten im Nulldurchgangspunkt verringert werden.

Durch Kombination mit aktiver Synchrongleichrichtung und einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur werden die Verluste weiter reduziert. Die Entwicklung eines eigenen, für jedes Netzgerät angepassten Übertragers stellt die hohe Effizienz, Zuverlässigkeit und Baugrößenreduzierung sicher. Und auch die Auswahl der Bauteile erfolgt unter den Gesichtspunkten Effizienz sowie Kostenoptimierung. Daraus resultiert eine hoch effiziente Stromversorgung mit quasi weltmeisterlichem Wirkungsgrad.

Lange Lebensdauer garantiert

Durch die verlustarme Schaltungstechnik wird gewährleistet, dass die Bauelemente einem geringeren thermischen Stress ausgesetzt sind. Das steigert deren Lebenserwartung deutlich, insbesondere bei wärmeempfindlichen Kondensatoren oder Halbleitern.

Es ergeben sich so sehr gute Werte in der Berechnung von MTBF sowie Cap-Lifetime. Anwendungen im 24/7-Dauerbetrieb, wie beispielsweise in Gebäuden, profitieren davon durch zuverlässige Versorgung. Dies ist besonders wichtig, wenn Geräte durch Verbau in Systemverteilern in Zwischendecken nur schwer erreichbar sind. Weitere praxisnahe Beispiele für Anwendungen im 24/7-Betrieb sind beispielsweise in der Produktion chemischer Erzeugnisse, auf Mautbrücken oder in Ortsnetzstationen zu finden.

„Lange Lebensdauer, höchste Effizienz, kleinste Baugröße und dadurch maximal reduzierte Betriebskosten: Das sind direkte Vorteile für unsere Kunden und auch für die Anlagenbetreiber – vom ersten Tag des Einsatzes an“, sagt Klaus Böhmer, BU-Leiter Interface Electronics bei Wago.

Die Größe zählt

Durch den hohen Wirkungsgrad können die Verlustleistung und Dimensionen deutlich reduziert werden. Die Implementierung der Pro 2 senkt somit die Kosten für die Kühlung, außerdem wird der Platzbedarf im Schaltschrank minimiert.

So fallen die Abstände links und rechts zu anderen Komponenten geringer aus, und durch die steckbare Anschlusstechnik wird der für die optimale Kühlung benötigte Abstand nach oben und unten automatisch eingehalten. Außerdem wird die Installation deutlich vereinfacht. In einigen Fällen kann sogar der Schaltschrank verkleinert werden, was zu Kosteneinsparungen führt.

„Wir haben bei unseren Netzgeräten den Anspruch, uns durch eine hohe Effizienz und Zuverlässigkeit von anderen Anbietern am Markt zu differenzieren. Das heißt konkret: weniger Verlustleistung sowie eine höhere Packungsdichte für den Schaltschrankbau“, erklärt Böhmer.

Ressourcensparender Energieeinsatz inklusive

Klein, aber oho: Gering erscheinende Unterschiede in den technischen Daten können große Auswirkungen haben. Wieso, zeigen wir anhand eines kleinen Beispiels: Ein typischer Wirkungsgrad bei einem einfachen Netzgerät mit 960 W Nennleistung beträgt 91 Prozent. Bei der neuen Pro-2-Stromversorgung liegt der Wirkungsgrad bei 96,3 Prozent.

Auf den ersten Blick scheinen diese 5,3 Prozentpunkte nicht gerade viel zu sein – aber genau auf sie kommt es an: Dieser bessere Wirkungsgrad der Pro-2-Netzgeräte spart 37 W an Verlustleistung. Auf eine Betriebszeit von fünf Jahren gerechnet bedeutet dies eine Einsparung von 209 Euro an Energiekosten und gleichzeitig eine Einsparung von einer Tonne CO2.

Zum Vergleich: Eine 80-jährige Buche mit 23 m Wuchshöhe kann circa eine Tonne CO2 speichern – bei mehreren hundert Netzgeräten in einer Produktionsstraße wäre das also schon ein ganzer Wald. Man sieht: kleiner Unterschied, große Wirkung!

Im Fokus: Derating-Kurven

Bei Anwendungen ohne Klimatisierung muss der Konstrukteur Derating-Kurven einzelner Komponenten beachten. Ein Schaltschrank im Außenbereich kann eine Innentemperatur von 60 °C und mehr erreichen. Nicht alle Komponenten im Schaltschrank können bei diesen hohen Temperaturen die Nennleistung abgeben.

Die Derating-Kurven geben hier Aufschluss auf die notwendige Leistungsreduzierung in Abhängigkeit von der Temperatur. Nicht so bei den Wago-Stromversorgungen Pro 2, die ohne Derating bis 60 °C zu betreiben sind und darüber hinaus bei 70 °C mit 70 Prozent Auslastung betrieben werden können.

Bildergalerie

  • Auswirkung des Lastverhaltens verschiedener Stromversorgungen auf den Wirkungsgrad

    Bild: Wago

  • Die neue Stromversorgung Pro 2 von Wago zeichnet sich durch ihren hohen Wirkungsgrad aus.

    Bild: Wago

  • Klaus Böhmer, BU-Leiter Interface Electronics bei Wago: „Ideale Stromversorgungen müssen eine lange Lebensdauer, höchste Effizienz und kleine Baugrößen aufweisen.“

    Bild: Wago

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