Netzteileffizienz

Was bedeutet eigentlich „Effizienz“ bei Netzteilen?

Effizienz bedeutet zunächst allgemein, für eine bestimmte Ausbeute so wenig Ressourcen wie möglich aufwenden zu müssen. Man bezeichnet die Effizienz daher auch als Wirkungsgrad.

Bei Schaltnetzteilen in einem Computer ist die zugeführte Ressource der von der Steckdose zugeführte Strom (In der EU 230 Volt Wechselspannung). Die Ausbeute sind die benötigten Ströme in anderen Spannungen, also zum Beispiel 3,3 Volt, 5 Volt und 12 Volt Gleichspannung für die diversen Komponenten im Computer-System. Durch die Umwandlung der Wechselspannung des Hausnetzes in Gleichspannung ergeben sich jedoch zwangsläufig Verluste: Das Netzteil selbst benötigt Energie, um seine Aufgabe zu verrichten. Bei ineffizienten Netzteilen wird ein großer Teil der zugeführten Energie in Wärme umgewandelt. Das Verhältnis von Ausbeute zu Ressource wird in Prozent angegeben, je höher der Prozentwert ist, desto effizienter arbeitet das Netzteil.

Ein 500 Watt Netzteil, das eine Effizienz von 80% besitzt, benötigt 625 Watt Leistung am Eingang um am Ausgang 500 Watt bereitzustellen. Der Verlust beträgt hier also bereits 125 Watt. Bei 90% Effizienz würden schon nur noch etwa 555 Watt benötigt, also 70 Watt weniger.

Für die Betrachtung des Wirkungsgrades gilt es bei Computer-Netzteilen zu beachten, dass die abzugebende elektrische Leistung keine Konstante darstellt. Aus diesem Grund können zwischen der minimalen und der maximalen benötigten elektrischen Leistung im selben System mehrere hundert Watt Differenz auftreten. Dementsprechend muss das Netzteil die elektrische Leistung dynamisch anpassen und liefern.

Ein Netzteil ist also wirklich nur dann als effizient zu bezeichnen, wenn der Wirkungsgrad über eine große Leistungsspanne hinweg möglichst hoch ist. Daher muss die Effizienz über einen großen Lastbereich gemessen werden. Üblich sind hier derzeit Messungen bei 20,50 und 100% Auslastung des Netzteils, über die der Durchschnitt gebildet wird um die durchschnittliche Effizienz eines Netzteils anzugeben.

Um die Effizienz eines Netzteils einfach darzustellen nutzt man ein Effizienzdiagramm, das die Effizienz auf der Y-Achse in Abhängigkeit der Last auf der X-Achse darstellt. Je höher die Effizienz des Netzteils um so höher liegt der Kurvenverlauf im Diagramm.

Neben der Effizienz wir auch gerne der Energieverlust eines Netzteils in Diagrammform dargestellt. In diesem Diagramm werden Eingangsleistung (Y-Achse) und Ausgangsleistung (X-Achse) gegenübergestellt. Auf diese Weise erhält man zwischen den beiden Linien ein Band, welches den Verlust des Netzteils anzeigt. Da es sich hier um absolute Werte handelt und nicht um Prozentangaben, wird dieses Band zum Ursprung immer dünner, da der Verlust dort immer kleiner wird, auch wenn die Effizienz dort geringer ist.

Die Europäische Kommission definiert Computer-Netzteile für Desktop-Computer derzeit ab einer durchschnittlichen Effizienz von 83 Prozent als „effizient“, wobei jedoch eine Toleranz eingeräumt wird.

Was ist der Leistungsfaktor?

Im Zusammenhang mit der Effizienz wird auch oft vom Leistungsfaktor (oder Power Factor) gesprochen, der das Verhältnis von Wirkleistung zu Blindleistung bezeichnet. Dabei ist die Wirkleistung die Leistung, welche die wirkliche Arbeit verrichtet. Die Blindleistung entsteht durch Einwirkungen der elektronischen Bauteile und verursacht höhere Anforderungen an die Leistungsübertrager.

Der Idealfall eines Leistungsfaktor wäre gleich eins (1). Die in den Wechselspannungs-Stromversorgungen verwendeten Spulen verursachen jedoch eine Verschiebung der Phase, wobei Strom und Spannung asynchron verlaufen und der Leistungsfaktor negativ beeinflusst wird. Spezielle Schaltungen übernehmen hierbei eine Korrektur. Man spricht hier vom Leistungsfaktorkorreturfilter (Power Factor Compensation – PFC)

Nach Inkrafttreten der EU 617/2013 vom 01.07.2014 muss ein Computernetzteil bei 100% Last einen Leistungsfaktor von mindestens 0,9 aufweisen um in der EU zugelassen zu sein.