Klimawandel und Energieeffizienz in der Elektronik

Ein Beispiel für dieses Prinzip findet sich in der Spannungsregelung. Industrielle Gleichstromversorgungen liefern in der Regel 24V oder 12V, während die meisten Steuerkreise mit 3,3 V oder weniger betrieben werden. Um diese Lücke zu schließen, ist ein Regler erforderlich, der die Spannung reduziert. Die einfachste und am häufigsten verwendete Lösung ist der Linearregler, der in unzähligen elektronischen Systemen integriert ist. Linearregler sind einfach zu implementieren und erfordern in der Regel nur Eingangs-, Masse- und Ausgangsanschlüsse. Diese Einfachheit birgt jedoch einen großen Nachteil: Der Regler fungiert im Wesentlichen als variabler Widerstand, der die Spannungsdifferenz in Form von Wärme abführt (Abbildung 1). Dies führt zu erheblichen Energieverlusten.

Eine effizientere Alternative ist der Schaltregler (Abbildung 2). Durch das schnelle Ein- und Ausschalten des Leistungstransistors halten diese Geräte die gewünschte Ausgangsspannung bei deutlich geringerem Leistungsverlust konstant. Da der Transistor nur während des Schaltvorgangs spürbare Wärme abgibt und im vollständig eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand nahezu verlustfrei arbeitet, wird die Energieeffizienz des Systems erheblich verbessert.

Ein weiterer Vorteil von Schaltreglern ist ihr geringer Standby-Stromverbrauch. Lineare Regler verbrauchen in der Regel unabhängig von der Last etwa 8mA für interne Steuerkreise, während Schaltregler im Leerlauf oft nur etwa 1mA benötigen. Dieser Unterschied ist besonders bei Geräten wichtig, die über längere Zeit im Standby-Modus bleiben, wie beispielsweise Garagentoröffner, die nur kurzzeitig pro Tag in Betrieb sind.

Bei einem Linearregler kann der Standby-Verbrauch jährlich bis zu etwa 1,75kWh betragen. Ein Schaltregler verbraucht im gleichen Szenario dagegen bis zu achtmal weniger Energie, wodurch sich der unnötige Stromverbrauch erheblich reduziert. Darüber hinaus sind moderne Schaltregler als direkter Ersatz für ältere lineare Modelle konzipiert (Abbildung 3), sodass bestehende Systeme leicht auf energieeffizientere Designs umgerüstet werden können.

Schaltregler haben in der Regel einen höheren Anschaffungspreis als Linearregler. Berücksichtigt man jedoch die Kosten für Kühlkörper, Wärmeleitpaste, Befestigungsmaterial und Montage, sind die Gesamtkosten bei der Schaltlösung oft geringer. Zur Veranschaulichung betrachten wir einen Hersteller, der ein eigenständiges Tür-Beitrags-System mit Fingerabdruckerkennung, Batterie-Backup und einem IP67-geschützten Gehäuse entwickelt:

Obwohl Schaltregler pro Einheit teurer sein können, reduziert ihre höhere Energieeffizienz die Gesamtsystemanforderungen. Im oben genannten Fall könnten beispielsweise ein kompakteres Ladegerät und eine kleinere Batterie verwendet werden – bei gleichbleibender 24-Stunden-Backup-Fähigkeit. Das Ergebnis sind niedrigere Betriebskosten, kompaktere Komponenten und ein reduziertes Versandgewicht – all dies trägt zu einem geringeren CO₂-Fußabdruck bei. Zudem ist entscheidend, dass das System thermische Belastungen vermeidet, um empfindliche Komponenten wie Fingerabdrucksensoren zuverlässig vor Hitzeschäden zu schützen.

Der Einsatz effizienter Stromversorgungslösungen kann sowohl die Umweltbelastung als auch die Systemkosten senken. Geräte mit höherer Effizienz und geringerem Standby-Verbrauch schonen nicht nur die Umwelt, sondern verschaffen auch einen klaren Wettbewerbsvorteil auf dem Markt.

Wir haben uns der Entwicklung von Stromversorgungsprodukten verschrieben, die Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz vereinen. Dies erfordert durchdachte Technik und eine sorgfältige Auswahl der Komponenten, doch die Ergebnisse rechtfertigen den Aufwand. Der Klimawandel kann nicht von einem Unternehmen oder einer Person allein gelöst werden, aber gemeinsam können wir nachhaltigere und energieeffizientere Technologien entwickeln. Jeder kleine Schritt zählt.