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Energieeffiziente Elektronik
Rechenzentren profitieren doppelt
Ein Beispiel dafür, wie sich die Investitionen
in einen besseren Wirkungsgrad
gleich doppelt auszahlen, liefern die Rechen-
und Serverzentren nebst der dort
installierten Massenspeicher: Dort erzeugt
die verbrauchte elektrische Energie Wärme.
Das tut elektrische Energie bei ihrem
Verbrauch selbstverständlich in jeder Anwendung.
Aber weil in den Datenzentren
die Verbraucher in konzentrierter Form
auftreten, wird dort auch besonders viel
elektrische Energie in Abfallwärme umgesetzt
und damit schlicht »verbraten«.
Aus diesem Grund muss eben diese Wärme,
eine Folge ineffizienter Energienutzung,
wieder weggekühlt werden – was
zusätzlich Energie verschlingt und Kosten
verursacht. Laut dem IT-Beratungsunternehmen
Gartner verteuert alleine die Klimatisierung
den Energieverbrauch von
Rechenzentren um bis zu 45 Prozent. In
abgemilderter Form lässt sich dieser Effekt
in nahezu jedem Industrieschaltschrank
beobachten. Sinnvoller wäre es, die Abfallwärme
gar nicht entstehen zu lassen
– das würde in der Folge nicht nur den
Energiebedarf für die Klimatisierung reduzieren,
sondern auch den apparativen Aufwand
dafür. Der Verbraucher würde auf
diese Weise doppelt sparen. Zwar haben
die Fortschritte der vergangenen Jahre in
der Halbleitertechnik bei den Servern und
Jörg Traum, Emtron
» Moderne Stromversorgungen können
nicht nur dabei helfen, den Energieverbrauch
messbar zu reduzieren, sie
amortisieren sich auch mittelfristig über die
Senkung des Stromverbrauchs. «
Netzknoten als energetischen Endverbrauchern
für eine deutlich bessere Energieverwertung
gesorgt. Doch die immer noch
steigende Nutzung von Internet und mobilen
Diensten sorgt weiter für eine stetige
Zunahme des Gesamtenergiebedarfes
durch die IT. Gegensteuern lässt sich außer
durch den Einsatz energieeffizienter
Server auch auf der Ebene der Netzteile.
Zeitgemäße Stromversorgungseinheiten
bieten einen Wirkungsgrad um die 90 Prozent.
Als Beispiel sei hier das modular
aufgebaute System RCP-2000 angeführt,
das in Deutschland von Emtron electronic
vertrieben wird. Je nach gewünschter
Ausführung liegt hier der Wirkungsgrad
zwischen 86 und 92 Prozent.
Ein hoher Wirkungsgrad in der Stromversorgung
wird im Wesentlichen durch zwei
Faktoren erzielt: Durch eine entsprechend
ausgelegte und optimierte Schaltungstechnik
und durch die Verwendung modernster
Leistungshalbleiter. Das gilt natürlich
nicht nur für Netzteile für Server-Racks,
sondern grundsätzlich für alle Stromversorgungen.
Hinsichtlich der Schaltungstechnik erzielt
der Einsatz von Hochsetzstellern mit aktiver
Leistungsfaktor-Korrektur die wohl
besten Resultate. Auch Vorwärtsregler, die
intern nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation
arbeiten, eignen sich für effizienzoptimierte
Stromversorgungen – beide
verringern zudem die Welligkeit der
Ausgangsspannung und erlauben es, die
Leistungsdichte höher zu schrauben, ohne
dass die Gefahr einer Überhitzung droht.
Einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung
der Energiebilanz leistet auch die
Bestückung der Stromversorgung mit
MOSFET-Synchrongleichrichtern statt der
weit verbreiteten Dioden-Brückenschaltungen.
Sämtliche Bauelemente sind heute
typischerweise in integrierten Schaltkreisen
zusammengefasst, dann ist der
Nachteil des erhöhten schaltungstechnischen
Aufwands heute nicht mehr relevant.
Je höher der Wirkungsgrad der in Industrieschaltschränken eingesetzten Netzteile,
um so geringer ist die über Klimatisierung wegzukühlende Abfallwärme.
Darüber hinaus reduziert sich auch noch der apparative Aufwand.
In den Leistungsstufen halten moderne
Bauelemente wie IGBTs, MOSFETs und
JFETs heute die Schaltverluste so gering
wie möglich. Am Horizont aber tauchen
bereits neue Technologien für Leistungstransistoren
auf. Die Rede ist von Silizium-
Carbid (SiC) und Gallium-Nitrid (GaN).
Diese so genannten Wide-Bandgap-Halbleiter
sollen noch einmal deutliche Verbesserungen
bei der Schaltgeschwindigkeit
und damit bei der Flankensteilheit sowie
beim Durchlasswiderstand ermöglichen
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Energie & Technik 6/2012