Wie Elektronik zur effizienten Energienutzung beitragen kann

| Redakteur: Margit Kuther

Erneuerbare Energien: Die Energiewende ist die Herausforderung unserer Zeit. Neben der Erzeugung Erneuerbarer Energien ist die Einsparung von Energie zentraler Bestandteil.
Erneuerbare Energien: Die Energiewende ist die Herausforderung unserer Zeit. Neben der Erzeugung Erneuerbarer Energien ist die Einsparung von Energie zentraler Bestandteil. (Bild: Clipdealer)

Die Energiewende ist die große Herausforderung unserer Zeit. Andreas Falke, Geschäftsführer des FBDi, erläutert im Interview mit der Elektronikpraxis, wie die Bauteiledistribution dabei helfen kann, neue Potenziale zu erschließen.

Elektronikpraxis: Herr Falke, welche Optionen sieht der Fachverband Bauelemente Distribution für eine erfolgreiche Energiewende?

Andreas Falke, FBDi: Natürlich ist der Ausbau erneuerbarer Energiequellen ein wichtiger Schritt. Dazu gehört auch die intelligente Verteilung des erzeugten Stroms sowie die Reduzierung des Energieverbrauchs. Gerade bei Haushaltsgeräten und Computern gab es in den letzten Jahren eine enorme Verbesserung der Energieeffizienz, die noch nicht das Ende der Fahnenstange erreicht hat. So soll sich laut Umweltbundesamt der Energiebedarf von beispielsweise TV-Geräten von 2010 bis 2025 von knapp 13 TW/h auf 6 TW/h reduzieren (bei einer Betrachtung von 10 Mio. Geräten). Dahinter steht ein konsequentes Energiemanagement, das durch die Europäische Ökodesign Richtlinie weiter angetrieben wird.

Diese Maßnahmen werden jedoch nicht ausreichen, um den prognostizierten erhöhten Gesamtenergieverbrauch, bedingt durch Wirtschaftswachstum, Konsumsteigerung sowie dem steigenden Bedarf der Rechenzentren zu kompensieren. Das Fraunhofer-Institut für Angewendte Festkörperphysik IAF spricht von einem Mehrverbrauch zwischen 25 und 35% in den nächsten 15 Jahren. Der Schlüssel zum Erfolg ist die (Weiter)Entwicklung von Technologien in allen Bereichen der erneuerbaren Energien sowie die Entwicklung leistungsfähiger und gleichzeitig energieeffizienter Systeme – und innovative Elektronik ist hierfür ein maßgeblicher Treiber.

Inwiefern spielt innovative Elektronik eine Rolle in punkto Energieeffizienz?

Überall dort, wo elektrische Energie gebraucht wird – in Industrieprozessen, in der Antriebstechnik, in der E-Mobility, im Bereich der erneuerbaren Energien – muss sie verteilt, gewandelt oder geregelt werden. Genau hier kommt energieeffiziente Mikro- und Leistungselektronik zum Tragen. Intelligente, auf reduzierte Energieaufnahme optimierte Leistungs- und Steuerungselektronik ist der bestimmende Faktor für energiesparende Endgeräte bei gleichem oder sogar verbessertem Leistungsumfang.

An welche Beispiele denken Sie dabei?

Betrachten wir etwa erneuerbaren Energien: Das Einspeisen dieser stellt das Stromnetz und die Steuerung des Stromsystems vor neue Herausforderungen. „Smart Grids“ und „Virtuelle Kraftwerke“ sollen für die erfolgreiche Anbindung regenerativer Energiequellen und -Speicher an das öffentliche Netz sorgen. Intelligente Elektroniksysteme zur Spannungswandlung und Einspeisung der Energie, zur Integration von Energiespeichern und zur Gewährleistung der Netzstabilität spielen hier eine Schlüsselrolle.

Oder nehmen Sie den Automobilbau: Hier werden bereits heute die wichtigsten Innovationen zu circa 80% von der Mikroelektronik getrieben. Denken Sie an Leistungselektronik in Form von elektronischen Batterie-Managementsystemen, intelligenten Bordnetzen und Steuergeräten sowie hochintegrierte Elektroantriebe, die die Reichweite von Elektroautos steigern.

Wollen Sie damit sagen, dass alles an der Mikroelektronik hängt?

Nicht nur, aber die Mikroelektronik kann hier signifikante Beiträge leisten, denn bereits ein kleiner Effizienzgewinn in einem einzelnen Gerät vervielfacht sich zu einer großen Einsparung im Gesamtsystem: So kann laut Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) alleine der Einsatz moderner Leistungselektronik in Stromwandlern den Energieverbrauch in der EU um circa 16 TWh pro Jahr reduzieren und so etwa 3,7 Millionen Tonnen CO2 vermeiden – das entspricht ungefähr der Jahresleistung eines größeren Kernkraftwerks. Durch den konsequenten Einsatz von Mikroelektronik wird in den Bereichen Antriebe, Haushalt, Beleuchtung und Stromversorgung im Jahre 2020 eine Einsparung von 167 TWh vorausgesagt – das entspricht einer Reduktion des CO2-Ausstoßes um bis zu 650 Millionen Tonnen.

Allerdings kommt hochentwickelte Elektronik von heute gerade im Hinblick auf die Miniaturisierung zum Teil an ihre Grenzen. Wo besteht noch Potenzial für eine weitere Verringerung des Energieverbrauchs?

Eine weitere Verbesserung der Energieausbeute wird beispielsweise durch neue Schaltungskonzepte sowie durch die Steigerung der Integrationsdichte erreicht. Stichwort „More than Moore“, also die Kopplung mikroelektronischer Systeme mit sensorischen und aktorischen Funktionalitäten. Einen weiteren Schub sollen neue Werkstoffe in der Leistungselektronik bringen: weg von Siliziumhalbleitern hin zu Materialien mit großer Bandlücke. Zum Beispiel weisen funktionale Halbleiterstrukturen auf Basis von Galliumnitrid bei höheren Spannungen, Temperaturen und Schalthäufigkeiten eine größere Leistungsfähigkeit als Silizium auf. Dadurch ermöglichen sie eine größere Energieeffizienz sowie kompaktere Systeme.

Welchen Beitrag kann die Bauelementedistribution leisten?

Betrachten wir zum Beispiel Systeme, die elektrische Energie mit elektronischen Bauelementen steuern und schalten, wie u.a. Leistungshalbleiter, Kühlung, Zwischenkreiskapazitäten, Spannungsversorgung sowie Überwachungs- und Abschaltvorrichtung. Häufig kommen noch Hochstrom-Energieversorgungen, Strom- bzw. Spannungssensoren oder Regeleinheiten hinzu. Damit Unternehmen hochverfügbare, hochzuverlässige und energieeffiziente Systeme oder Geräte entwickeln können, müssen all diese Bauelemente – die nicht zwingend vom selben Hersteller kommen – problemlos miteinander funktionieren und gleichzeitig eine maximale Effizienz erzielen. Das ist nur mit umfassendem Produkt-Knowhow über die geeigneten Bauelemente, die Gesamtanwendungen und den speziellen Anforderungen des jeweiligen Markts möglich.

Oft ist ja nicht die Energieaufnahme einzelner Komponenten entscheidend, sondern das Zusammenspiel. Ich würde es als Systembetrachtung bezeichnen: Um am Ende einen definierten Leistungswert zu erzielen, müssen die Bauteile in Summe zusammenpassen und bestmöglich aufeinander abgestimmt sein. Mit Bauteilen eines einzigen Herstellers lässt sich das gar nicht realisieren. Und genau hier spielt die Distribution ihre Stärke aus.

Wie sehen Sie die Zukunft der Bauteiledistributoren? Eben wurde ja ein Rückgang um über 12 Prozent vermeldet, und erste große Hersteller kehren ihr den Rücken zu.

Nach meiner Einschätzung ist das eine kurzfristige Betrachtung. Ich bin überzeugt davon, dass sich dieser Trend relativieren und die Distribution zu alter Stärke zurückfinden wird. Es ist kein Geheimnis, dass man sich in Deutschland die Stimmung schlecht redet – anstelle ein Umdenken zu propagieren! Wo ist das Bewusstsein für die eigenen Qualitäten und Fähigkeiten? Genau das brauchen wir aber, um sich neuen Märkten zuzuwenden.

In den letzten Dekaden haben sich die Distributoren zu Spezialisten in ihren Zielmärkten gewandelt. Sie sind heute herstellerunabhängige Berater für Einkäufer und Entwickler, und längst über den Status als Mittler zwischen Hersteller und Kunden hinaus. Dazu bieten sie marktspezifisches Knowhow und technische Expertise, die für die Entwicklung auf der Herstellerseite entscheidend ist. Sind wir mal ehrlich, welcher Hersteller kann so tiefgehende Kompetenz bei Systemdesigns bieten?

Also spricht alles dafür, dass sich der Bauteilemarkt wieder erholen wird?

Auch für Zukunftsmärkte ist das Serviceangebot der Distribution wichtig, das von Komponenten und Verfügbarkeit, End of Life (EoL), Traceability bis hin zu Logistik reichen kann. Gebündelt wird dieses Wissen im FBDi, der zusammen mit seinen Mitgliedern in Workshops Fachwissen vermittelt, als Plattform zum konstruktiven Austausch zu wichtigen Themen dient sowie dabei unterstützt, Vorgaben und Öko-Designrichtlinien einzuhalten – Stichwort „FBDi-Umwelt & Konformitätskompass“. Gerade auch die neuen EU-Richtlinien sorgen für eine steigende Nachfrage an innovativen Konzepten. Ich glaube, es gibt genug Potenzial für die Distribution, um mit ihrer Expertise eine treibende Rolle in diesem Zukunftsmarkt zu spielen.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 01/2020 (Download PDF)

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