Leerlaufverlust

Leerlaufverlust bezeichnet den Energieverbrauch von technischen Anlagen und Geräten im Bereitschaftsbetrieb oder im scheinbar ausgeschalteten Zustand (Scheinaus).

Es wird dabei, im Vergleich zur vollen Nutzung, nur eine sehr kleine Menge Energie verbraucht.

Trotz des minimalen Energieverbrauchs ist dieser Betriebszustand umstritten, da die Menge der Geräte und Anlagen in diesem Betriebszustand zusammen erhebliche Energiemengen verbrauchen.

2004 betrug in Deutschland der geschätzte Leistungsbedarf durch Leerlaufverluste 22 Milliarden kWh; dies entsprach auf Basis des Tarifs für Haushaltsstrom jährlichen Energiekosten von etwa 4 Milliarden Euro.^[1][2]

Entstehung

Leerlaufverluste bei elektrischen Geräten entstehen vor allem in den Betriebszuständen

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

Teilabschaltung

Sehr häufig wird bei Unterhaltungselektronik die Betriebsbereitschaft durch das Ausschalten eines Gerätes mittels Fernbedienung eingeleitet (Bereitschafts- bzw. Standbytaste). Da jedoch die Notwendigkeit besteht, zumindest die Schaltung zur Verarbeitung der Fernbedienungssignale 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.

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, das Gerät ist scheinbar nicht in Betrieb. Da das Netzteil in der Regel für die volle Leistung des gesamten Gerätes dimensioniert ist, ergibt sich in diesem Betriebszustand ein extrem schlechter Wirkungsgrad, da es weiter in Betrieb ist. Solche Geräte nehmen oft dauerhaft 10 bis 20 Watt auf, 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. Bei der messtechnischen Bestimmung dieser Leistungsaufnahme muss jedoch beachtet werden, dass die Messgeräte in der Lage sein müssen, den Effektivwert des Stromes mit Berücksichtigung des Phasenbezuges zur Spannung zu messen. Sehr preiswerte Energiekostenmessgeräte erfassen oft nur die Scheinleistung, so dass hohe Messfehler bei leerlaufenden Netzteilen entstehen (oft wird berichtet, dass Herde und Mikrowellen mit Uhrzeitanzeige ständig 20 - 40 Watt verbrauchen, korrekt wäre hier 20 - 40 VA; der Wirkanteil ist mit etwa 2 - 4 Watt zu benennen), da der Strom zum größten Teil von der Blindleistung verursacht wird. Blindarbeit wird i.A. nur bei Großabnehmern gesondert berechnet.

Netzteile

Transformatornetzteile mit je 11 W Stillstandsverlust

Sehr viele Geräte werden durch separate Steckernetzteile versorgt. Die Verwendung solcher Netzteile haben für den Hersteller unter anderem dadurch erhebliche Vorteile, dass die damit versorgten Geräte nicht für alle weltweit vorkommenden Stromnetze konzipiert werden müssen. Es wird nur das jeweils für das Land passende Netzteil mitgeliefert. Solche steckbaren Netzteile lassen sich in aller Regel nicht abschalten, sondern müssen hierzu aus der Steckdose gezogen werden.

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 (also eigentlich "hinter" dem Netzteil). Das hat für den Hersteller den Vorteil, dass aufgrund der niedrigeren Spannung der Netzschalter und dessen elektrische Isolation kostengünstiger ausgeführt werden kann, da nicht direkt Netzspannung geschaltet wird. Nachteilig ist für den Gerätebetreiber, dass das Netzteil dabei immer in Betrieb bleibt.

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.

Kosten

Rechenbeispiel für ein Schaltnetzteil

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 benötigen die zwei Halogenlampen an einem Schaltnetzteil nur 44 W statt 60 W (zwei Mal 30 W). Die Investition von 12 € (ohne eigene Arbeitszeit) für das Schaltnetzteil 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 Bedarf einer Großstadt wie Berlin - verschwendet. Pro Jahr wird der Bedarf an elektrischer Energie für Bereitschaftsbetrieb von Elektrogeräten in privaten Haushalten auf 20 Terawattstunden (TWh) geschätzt - knapp 4 Prozent des deutschen Bruttobedarfs an elektrischer Energie. Zum Vergleich: der gesamte elektrobetriebene öffentliche Nah- und öffentliche Fernverkehr Deutschlands benötigt nur rund 15 TWh elektrische Energie pro Jahr, entsprechend knapp 3% des Bruttobedarfs an elektrischer Energie.^[3]

Reduzierung der Standby-Verluste

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 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.

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-Verluste von zirka einem Watt. Ein weiterer Nachteil dieser ist die Anpassung an das sich ändernde zeitliche Benutzerverhalten.

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

Betriebsbedingt erfordern eine Reihe von Geräten und Einrichtungen jedoch eine ununterbrochene Energieversorgung. Dazu zählen z.B. Klingeltransformatoren, Telefonanlagen, Gefahrenmeldeanlagen, Messeinrichtungen und Fernwirkeinrichtungen, aber auch netzbetriebene Uhren usw. Hier kann jedoch nicht von Leerlaufverlusten gesprochen werden, da diese Einrichtungen teilweise auch ohne von außen erkennbare Wirkungen ihren Funktionen erfüllen und ständig verfügbar sein müssen.

Separates Bereitschaftsnetzteil

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

Siehe auch

• Bereitschaftsparallelbetrieb
• Energieeinsparung
• Leerlaufversuch

Energieeffizienzzeichen

• Blauer Engel
• Europäisches Umweltzeichen
• Energy Star

Einzelnachweise

1. ↑ http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/188.pdf
2. ↑ http://www.umweltbundesamt.de/uba-info-presse/2008/pdf/pd08-054.pdf
3. ↑ Löser, R.: Autos der Zukunft (Serie, Teil III): Elektroautos die rollenden Stromspeicher. In: Spektrum der Wissenschaft. 04/09, 2009, S. 96-103.

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