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Bauelemente „Grüner Strom“ aus Äpfeln, Orangen, Zitronen und Limetten

| Autor: Kristin Rinortner

„Grüne Initiativen“ gehen u. a. das Problem der Energievergeudung im Standby-Modus an. Eine lange Batterielaufzeit mobiler Geräte ist zwar wichtig, ebenso aber stromsparende Hausgeräte, die die Umwelt entlasten. Welche ICs können in Hausgeräten, Computern und Set-Top-Boxen Strom sparen?

Bild 1: Ein Spannungsreferenz-IC wird durch eine Zitronenbatterie gespeist
Bild 1: Ein Spannungsreferenz-IC wird durch eine Zitronenbatterie gespeist
(Bild 1: Ein Spannungsreferenz-IC wird durch eine Zitronenbatterie gespeist)

Jim Hensons Schöpfung Kermit, der Frosch, sagt: „Es ist nicht leicht, grün zu sein." Auch wir sind der Meinung, dass Energiesparen schwierig ist – aber auch unbedingt notwendig. Clevere Schaltungsentwickler und fortschrittliche Unternehmen erfüllen die diesbezüglichen Erwartungen ihrer Kunden. Beim Energiesparen kommt es auf kleinste Details an. Bei Energieeffizienz geht es um Microampere (µA). Zum Vergleich: eine 60W-Glühlampe verbraucht (bei 120 V Netzspannung) 0,5 A. Das sind 500.000 µA.

Warum muss man so genau messen? Weil die Summe aller Ströme zählt und weil man – wie bei jedem Budget – jede einzelne Kostenposition reduzieren muss, sei sie auch noch so klein. Es ist offensichtlich, dass die Verbraucher bei batteriebetriebenen Geräten großen Wert auf möglichst lange Batterielaufzeit legen. Bei netzbetriebenen Hausgeräten ist es weniger offensichtlich, dass auch sie Kosten verursachen, sobald sie an der Steckdose hängen – selbst im ausgeschalteten Zustand. Wenn bei einem Gerät im „ausgeschalteten“ Zustand eine Anzeige leuchtet, die signalisiert, dass das Gerät auf einen Fernsteuerungsbefehl, einen Tastendruck oder ein Timer-Signal wartet, verbraucht es Standby-Leistung.

Was kostet die Standby-Leistungsaufnahme? Die oben erwähnte 60-W-Glühlampe verursacht, wenn sie rund um die Uhr eingeschaltet ist, monatliche Stromkosten in Höhe von US-$ 14,65*. Ein Hausgerät, das im Standby-Modus 1 W verbraucht, verursacht Stromkosten in Höhe von US-$ 0,25, ohne irgend jemandem zu nutzen. Gehen Sie einmal durch eine typische Wohnung und zählen Sie die dort vorhandenen Hausgeräte, Fernsehapparate, Radios, Stereoanlagen, Computer, Garagentoröffner, Mikrowellenherde, Waschmaschinen, Wäschetrockner, Heizlüfter und Rasensprenger. Und zählen Sie die Akkuladegeräte noch dazu. Sie kommen leicht auf 20 Geräte, die im Standby laufen, und die meisten davon verbrauchen dabei mehr als 1W.

So weit die guten Nachrichten. Die schlechte Nachricht ist, dass eine Kabel-TV-Set-Top-Box im Betrieb 80 W und im Standby 79 W verbrauchen kann (Kosten: US-$ 19,53 bzw. 19,30). Eine Satelliten-Set-Top-Box kann sowohl im Betrieb als auch im Standby-Modus 120 W verbrauchen – und damit Stromkosten in Höhe von US-$ 29,30 verursachen.

Aber die monatlichen Stromkosten sind nur ein Aspekt – als verantwortliche Erdenbürger müssen wir auch die Auswirkungen auf die Umwelt bedenken. Als Schaltungsentwickler können wir durch sorgfältige Bauteilauswahl zum Umweltschutz beitragen – und glücklicherweise sind stromsparende Bauteile nicht unbedingt teurer. Da die Strukturbreiten von ICs mit jeder Generation kleiner werden, sind neuere ICs tendenziell energieeffizienter.

Bild 1: Ein Spannungsreferenz-IC wird durch eine Zitronenbatterie gespeist Bild 1: Ein Spannungsreferenz-IC wird durch eine Zitronenbatterie gespeist

Was hat das alles mit Äpfeln, Orangen, Zitronen und Limetten zu tun? Und wie lässt sich anhand dieser Früchte „grüne“ Technologie demonstrieren? Nun ja, wenn eine Story medienwirksam sein soll, muss sie eine eingängige Überschrift haben. Die Überschrift besagt, dass ICs von Maxim so wenig Strom verbrauchen, dass eine „Obstbatterie“ – bestehend aus ein paar Äpfeln, Orangen, Zitronen oder Limetten – als Energiequelle genügt. Bild 1 zeigt eine solche Schaltung.

Batterie aus Obst

Diese 3,6-V-Batterie besteht aus vier Zitronenzellen. Jede Zelle liefert eine Spannung von 0,9 V bei Strömen bis zu etwa 100 μA. Die Spannungsreferenz MAX6029 liefert eine präzise Referenzspannung von 2,5 V und zieht einen maximalen Strom von 5,5 μA. Bild 1 illustriert den extrem geringen Stromverbrauch dieses IC.

Die Batteriespannung wird in erster Linie durch die chemischen Eigenschaften der Kupfer- und Zink-Elektroden bestimmt. Viele Früchte- und Gemüsesorten können als Batterien fungieren. Äpfel, Orangen, Zitronen, Limetten, Grapefruit und Kartoffeln liefern allesamt Spannungen zwischen 0,88 und 0,95 V pro Zelle. Die Farbe der Batterie ist eigentlich egal, aber wenn wir behaupten, durch Verwendung von Zitronen „grüner“ zu werden, dann ergibt das eine Überschrift, die die Story interessant macht.

Einer Schätzung zufolge werden etwa 10% des gesamten Strombedarfs von Haushalten durch Geräte im Standby-Modus verschwendet.² Das Energy Star-Programm, das von der US-Umweltschutzbehörde und dem U.S. Department of Energy ins Leben gerufen wurde, schätzt, dass 129 Millionen Haushalte durchschnittlich jeweils US-$ 2200 pro Jahr für elektrische Energie ausgeben.³ Aus diesen Zahlen kann man leicht errechnen, dass die Energievergeudung im Standby-Modus jährliche Kosten von etwa US-$ 28,3 Milliarden verursacht. Das ist eine atemberaubende Zahl – insbesondere wenn man bedenkt, dass der Standby-Modus nur dazu dient, dass wir es uns als Couch Potatoes bequem machen können. Wenn wir einfach aufstehen und einen Schalter betätigen würden, könnten wir uns diese Ausgabe ersparen.

Angesichts der Tatsache, dass wir US-$100 im Jahr sparen können, bekommt das Wort „grün“ auf einmal einen sehr angenehmen Klang. Jetzt, da wir wissen, was Energieeffizienz für jeden von uns persönlich bedeutet, können wir unsere Umweltschutzbemühungen nochmals verdoppeln. Zwar ist ein Microampere ein winzig kleiner Wert, doch angesichts von Milliarden Menschen auf der Welt macht die Summe einen gewaltigen Betrag aus.

Der Autor Bill Laumeinester ist als Strategic Application Engineer bei Maxim in Sunnyvale /USA tätig .

*Die Strompreise für Haushalte sind von Ort zu Ort unterschiedlich und zeitabhängig. Die zugrunde gelegten Preise galten für Haushalte in Nordkalifornien zum Zeitpunkt der Drucklegung dieses Applikationsberichts.

 

Weiterführende Literatur

¹"What are energy vampires and what can I do about them?" ENERGY STAR (Stand: 27. September 2011).

²"Standby Power" in Wikipedia, The Free Encyclopedia (Stand: 27. September 2011).

³"Where Does My Money Go?" ENERGY STAR (Stand: 27. September 2011).

 

Über den Autor

 Kristin Rinortner

Kristin Rinortner

ELEKTRONIKPRAXIS - Wissen. Impulse. Kontakte.