Stillstandsverluste

Leerlaufverlust bezeichnet den Energieverbrauch von technischen Anlagen und Geräten im Bereitschafts- oder Standby-Betrieb (auch Wartebetrieb). In solchen Zuständen ist die Nutzfunktion vorübergehend deaktiviert, aber jederzeit und ohne Vorbereitungen oder längere Wartezeiten wieder aktivierbar. Es wird dabei, im Vergleich zur vollen Nutzung, nur minimale Energie verbraucht.

Trotz des minimalen Energieverbrauchs sind diese Betriebszustände im Rahmen der Diskussion um den Klimawandel sehr umstritten, weil die Menge der Geräte und Anlage in diesen Betriebszuständen zusammengefasst erhebliche Energiemengen verbrauchen. Politiker und Umweltschützer fordern deshalb heute neue, angepasste gesetzliche Regelungen und technische Normen.

Nutzen von Bereitschaftsschaltungen

Leerlaufverluste bei elektrischen Geräten entstehen vor allem in den Betriebszuständen

• Standby (Bereitschaftshaltung) und
• Scheinaus (Geräte verbrauchen Energie, obwohl sie scheinbar ausgeschaltet sind).

Vom gesteigerten Komfort abgesehen, der durch die Möglichkeit der Fern-Einschaltung erzeugt wird, bietet eine Bereitschaftsschaltung zumindest für manche Geräte eine sinnvolle Möglichkeit, die Lebensdauer der elektrischen Komponenten zu verlängern. Schließlich wird durch die Bereitschaftsschaltung ein Einschaltstromstoß, der im normalen Betrieb eines Geräts die wohl höchste innere Belastung für die elektrischen Bauteile darstellt, vermieden. Jedoch werden inzwischen bei den meisten höherwertigen Geräten so genannte Soft-Start-Schaltungen verbaut, durch die dieser Einschaltstrom so gut wie möglich beschränkt wird. Bei Computern kann man mit dem Standby-Modus sogar Strom sparen, da ein vollständiges Neustarten und selbst das Versetzen und Aufwecken aus dem Ruhezustand einige Zeit benötigt. Deshalb wäre es ohne den Standby-Modus oft notwendig, den PC vollständig eingeschaltet zu lassen, was eine Vervielfachung des Stromverbrauchs im Vergleich zum Standby-Modus bewirkt.

Entstehung

Teilabschaltung

Um Kosten bei der Herstellung zu minimieren, wird die benötigte Spannung zur Speisung der verbleibenden Funktionen bei den meisten Geräten aus dem vorhandenen Netzteil abgegriffen, im Bereitschaftsbetrieb werden nur Teile der Schaltung abgetrennt. Da das Netzteil in der Regel für erheblich größere Leistungen dimensioniert ist, ergibt sich ein extrem schlechter Wirkungsgrad. Solche Geräte verbrauchen oft dauerhaft 10 bis 20 Watt, auch wenn sie scheinbar abgeschaltet sind. Diese Leistung schlägt sich in einer Erwärmung der entsprechenden Bauteile nieder, was auch zu einer überschlägigen Diagnose herangezogen werden kann.

Separates Bereitschaftsnetzteil

Wird die benötigte Spannung über einen zusätzliches, speziell für diesen Zweck integriertes Bereitschaftsnetzteil erzeugt, kann die verbrauchte Leistung auf unter ein Watt reduziert werden. Bei einfachen Geräten der Unterhaltungselektronik verteuert dieser Aufwand die Herstellung durchaus erheblich.

Steckernetzteile

Sehr viele Geräte werden durch separate Steckernetzteile versorgt. Solche Netzteile haben vor allem für den Hersteller unter anderem dadurch erhebliche Vorteile, dass die damit versorgten Geräte nicht für alle weltweit vorkommenden Stromnetze konzipiert werden müssen, sondern nur das jeweils passende Netzteil beigelegt werden muss. Solche steckbaren Netzteile lassen sich in aller Regel nicht abschalten, sondern können nur aus der Steckdose gezogen werden.

Anwendung

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Netzteile

Eisen-Trafo Netzteile mit je 11 W Stillstandsverlust

Steckernetzteile und Elektrogeräte, deren Netzteile nicht vom Netz getrennt werden, sind im Bereitschaftsbetrieb. Die Bereitschaftsleistung kann bei einem Halogen-Deckenfluter mit 300–500 W bei 12,5 W liegen. So kann die Summe von Bereitschaftsleistungen von vorhandenen Netzteilen in einem Privathaushalt Werte um 100 W erreichen.

Unterhaltungselektronik

Sehr häufig wird bei Unterhaltungselektronik die Betriebsbereitschaft durch das Ausschalten eines Gerätes mittels Fernbedienung eingeleitet (Bereitschafts- bzw. Standby-Taste). Während der Betriebsbereitschaft kann das Gerät jederzeit wieder per Fernbedienung aktiviert werden, ohne dass hierzu ein direkter Eingriff am Gerät notwendig ist. Da jedoch die Notwendigkeit besteht, zumindest die Schaltung zur Verarbeitung der Fernbedienungs-Signale aktiviert zu lassen, verbraucht das Gerät weiterhin elektrische Energie. Der Verbrauch ist geringer als im Normalbetrieb, und bei modernen Geräten auf unter 1 W reduziert.

Der Leistungsbedarf kann durch moderne Schaltungstechnik wesentlich verringert werden und im Milliwattbereich liegen. Der Nachteil besteht in einer aufwändigeren Elektronik und den damit verbundenen höheren Herstellungs- und Produktkosten, welche in Relation zu den Energiekosten gestellt werden.

In Deutschland beträgt der geschätzte Leistungsbedarf durch Leerlaufverluste ca. 2,3 GW, die entspricht jährlichen Energiekosten von etwa 3,5 Milliarden Euro.

Beim Ausschalten mittels eines primärseitigen Netzschalters am Gerät wird die Leistung auf 0 W reduziert. Bei einigen Geräten befindet sich der Netzschalter auf der Sekundärseite des Netzteils. Das hat den Vorteil, dass aufgrund der niedrigeren Spannung der Netzschalter und dessen elektrische Isolation kostengünstiger ausgeführt werden kann, da nicht direkt Netzspannung geschalten wird. Nachteilig ist, dass das Netzteil dabei immer in Betrieb verbleibt.

In solchen Fällen, oder wenn gar kein Netzschalter vorhanden ist, kann eine schaltbare Steckdosen-Leiste oder eine Master-Slave-Steckdose verwendet werden, um das Gerät völlig spannungslos zu machen. Unter Umständen „vergessen“ manche Geräte dann aber verschiedene Einstellungen, beispielsweise die eingestellte Uhrzeit. Auch durchlaufen manche Tintenstrahldrucker nach einer vollständigen Netztrennung und anschließendem Wiedereinschalten einen aufwändigen Initialisierungs- und Selbstreinigungsprozess, bei dem oft relativ viel Tinte verbraucht wird.

Computer

Bei der Betriebsbereitschaft eines Computers unterscheidet man mehrere Stufen der Deaktivierung.

• Verringerung von Systemresourcen (geringere Prozessor-Taktfrequenz, reduzierte Helligkeit bei LCD-Bildschirmen, Abschalten von Festplatten in längeren Zugriffspausen)
• Standby-Modus (PC)
• Ruhezustand

Kosten

Rechenbeispiel für einen elektronischen Trafo

Bei zwei Halogen-Lese- oder Stehlampen beträgt die dauernde Verlustleistung statt 22 W (für zwei 11-W-Steckernetzteile) nur mehr maximal 4 W. Im Betrieb verbrauchen die zwei Halogenlampen an einem elektronischen Trafo nur 44 W statt 60 W (zwei Mal 30 W). Die Investition von 12 € (ohne eigene Arbeitszeit) für den elektronischen Trafo amortisiert sich bei einem Strompreis von 0,15 € pro kWh durch eine Einsparung von 80 kWh schon nach 185 Tagen.

Wirtschaftliche Gesamtrechnung

Jedes Jahr wird in der Bundesrepublik Deutschland aufgrund von Leerlaufverlusten elektrische Energie in einer Größenordnung von vier Milliarden Euro (Stand: 2006, Quelle: Umweltbundesamt) – das entspricht in etwa dem Stromverbrauch einer Großstadt wie Berlin - verschwendet.

Reduzierung der Standby-Verluste

Die effizienteste Methode um die Standby-, oder auch Off-Mode-Verluste zu senken ist eine Trennung der Verbraucher von der Netzspannung. Dies kann am einfachsten durch Abstecken oder eine abschaltbare Steckerleiste erfolgen.

Weiters gibt es die Möglichkeit fernbedienbare Steckdosen einzusetzen, die allerdings auch einen Standby-Verbrauch bzw. Off-Mode-Verluste haben und außerdem Batterien für die Fernbedienung benötigen. Mittels digitaler oder mechanischer Zeitschaltuhren können Verbraucher ebenfalls vom Netz getrennt werden. Aber auch diese benötigen meist Batterien und haben zusätzliche Off-Mode-Verluse von zirka einem Watt. Ein weiterer Nachteil dieser ist die Anpassung an das sich ändernde zeitliche Benutzerverhalten.

Off-Mode-Verluste bei Transformatoren, wie sie z.B. bei Halogenlampen vorkommen, können durch Schaltnetzteile verringert werden.

Siehe auch

• Bereitschaftsparallelbetrieb
• Energieeinsparung

Energieeffizienzzeichen

• Blauer Engel
• Europäisches Umweltzeichen
• Energy Star

Weblinks

• Informationsdienst für umweltfreundliche Beschaffung (Umweltbundesamt)
• Gerätedatenbank, sowie kostenlose Ausleihmöglichkeiten von Energiemonitoren
• Standby - Stromverbrauch durch den "Bereitschaftsmodus" Unterrichtsmaterialien auf http://www.verbraucherbildung.de, dem Bildungsportal des Verbraucherzentrale Bundesverbandes e.V.
• Fernseher, standby off = Strom sparen!
• Der Master-Slaves-Netzschalter mit Elektronik und Relais (Standby-Funktion)
• www.zerowattstandby.com: First standby technology consuming no power
• www.stromtarife-vergleich.net: Automatische Trennung vom Netz von Geräten im Standby