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Schaltnetzteil vs. Spannungsregler

Bei einem modernen Schaltnetzteil übernehmen elektronische Komponenten (MOSFET, Bipolartransistoren, IGBT sowie Schottky-Dioden) die Umformung und Stabilisierung der Eingangsspannung. Damit lassen sich vor allem gegenüber Spannungsreglern erheblich höhere Wirkungsgrade (>90%) erzielen. Anders als bei konventionellen Netzteilen mit Transformator wird bei Schaltnetzteilen die Netzspannung zunächst gleichgerichtet, zur Transformation in eine Wechselspannung wesentlich höherer Frequenz umgewandelt und nach der Transformation schließlich wieder gleichgerichtet.

Damit lassen sich auch bei kleiner Nennleistung und wechselnden Lasten höchste Wirkungsgrade, ein sehr großer Toleranzbereich für Eingangsspannung und Netzfrequenz sowie neben einem erheblich reduzierten Gewicht auch geringere Volumina aufgrund kleinerer Transformatoren und kleinerer sekundärseitiger Siebkondensatoren erzielen. Auch im Standby verbrauchen solche Netzteile nur noch extrem wenig.

Der deutlich geringere Platzbedarf hat nicht zuletzt auch dazu beigetragen, dass moderne 48-Port-Switches mit einer Höheneinheit inzwischen auch an allen 48 Ports die volle PoE-Leistung von jeweils 15,4 Watt zur Verfügung stellen können.

Je nach Bauart verzeichnen aber auch Schaltnetzteile nicht grundsätzlich einen linearen Leistungsbedarf. So kann es sein, dass Switches eines Herstellers Bauart-bedingt im Leerlauf, also ohne zusätzliche Belastung durch PoE-Endgeräte, einen etwas höheren Leistungsbedarf haben als die anderer Hersteller. Dieser Leistungsbedarf steigt dann aber möglicherweise mit zunehmender Belastung durch PoE-Endgeräte etwas weniger stark an. Zudem bleiben natürlich minimale Unterschiede beim Leistungsbedarf der Switches selbst, die sich aus Hersteller-spezifischen Bauarten ergeben.

Insgesamt bleibt aber festzustellen, dass aufgrund der Verwendung moderner, in ihrem Leistungsbedarf äußerst linearer Schaltnetzteile mit Wirkungsgraden von mehr als 90 % keine nennenswerte Verlustleistung mehr am Switch anfällt. Als Faustregel wäre es schon sehr hoch gegriffen, hier 10 % der insgesamt für PoE abgegebenen Leistung als zusätzliche Wärme im Verteilerraum einzukalkulieren. Aber selbst namhafte Hersteller weisen bei der Kalkulation der Abwärme nicht auf diesen Umstand hin, sondern berechnen die Abwärme indem die PoE-Leistung und die Switching-Leistung addiert werden.

Am Beispiel der Cisco Catalyst 3560E-Serie verbleiben bei der maximalen Auslegung mit einem 1.150 Watt Netzteil im Vergleich zu einem Switch ohne PoE in der Leistungsaufnahme-/Abwärme-Bilanz lediglich 145 Watt (1.150 Watt – 740 Watt für PoE – 265 Watt für Switching), die maximal als Verlustleistung am Switch selbst auftreten könnten. Das entspräche also 12,6 % der gesamten Leistungsaufnahme. In der Realität wird dieser Wert aber bei weitem unterschritten, weil aus diversen Gründen immer mit einer Reserve gerechnet wird, die – wenn überhaupt – nur kurzzeitig genutzt wird.

Im Vergleich dazu kalkuliert Nortel offenbar noch knapper. Dort werden für einen vergleichbaren Nortel Networks 4548GT-PWR Switch insgesamt nur 890 Watt Leistungsaufnahme vorgesehen, inkl. eines externen Netzteils von 470 Watt. Dieses externe Netzteil ist erforderlich, um alle 48 Ports mit 15,4 Watt zu versorgen. Abzüglich der 740 Watt für PoE, bleiben hier nur noch 150 Watt als maximale Verlustleistung im Verteilerraum übrig. Diese 150 Watt entsprechen exakt der maximalen Leistungsaufnahme eines Nortel 4548GT Switches, dem „kleinen Bruder“ des 4548GT-PWR ohne PoE. Hier fällt also im Vergleich zwischen PoE- und Nicht-PoE-Switch nicht ein zusätzliches Watt als zusätzliche Abwärme im Verteilerraum ab.

In Bezug auf die Klimatisierung ist allerdings zu berücksichtigen, dass ggf. noch größere USV-Anlagen eingebaut werden müssen, um auch den Switch und damit die angeschlossenen PoE-Endgeräte bei einem Stromausfall weiter versorgen zu können. Diese größeren USV-Anlagen sind im Netzausfall-Betrieb zumindest kurzzeitig durchaus ernstzunehmende Wärmequellen. Auf der anderen Seite ist mit der Einführung neuer PoE-Switches in der Regel auch ein Austausch alter Switches mit vergleichsweise ineffizienten Netzteilen verbunden, die deutlich mehr Grundlast und damit Wärme verursachen als neue Switches. Somit dürfte sich beim Austausch Alt gegen Neu nur selten etwas am Gesamtwärmeaufkommen in einem Verteilerraum ändern. Größere Klimatisierungsmaßnahmen sind also aufgrund der Einführung von PoE nur höchst selten erforderlich.

Lesen Sie im fünften Teil der Beitragsserie „Green VoIP – Mythos und Wirklichkeit“ von Dr. Michael Wallbaum und Dr. Frank Imhoff: „Mythos 6: Ein Standby-Modus bei IP-Telefonen ist technisch nicht umsetzbar“

Über die Autoren

Dr. Frank Imhoff ist bei ComConsult als Technischer Direktor (CTO) für den Bereich neue Kommunikationslösungen verantwortlich. Dazu gehören insbesondere Themen wie Voice over IP, Unified Communications, Kollaborationssysteme und Mobility-Lösungen. Er beschäftigt sich seit Jahren intensiv mit dem Management von heterogenen Kommunikationslösungen und dem Thema Unified Communications. Imhoff berät Unternehmen bei der Konzeption entsprechender Lösungen und hat bereits zahlreiche Projekte in diesem Bereich erfolgreich geleitet. (Kontakt: imhoff@comconsult.com).

Dr. Michael Wallbaum ist seit Jahren als Senior Consultant im Bereich moderner Kommunikationssysteme tätig. Zudem leitet er das ComConsult-eigene Labor, das über nahezu alle gängigen Enterprise-Kommunikationslösungen verfügt und umfangreiche Möglichkeiten bietet, jede Art von Unified Communications & Collaboration genau unter die Lupe zu nehmen. Zu den Spezialgebieten von Dr. Wallbaum gehören daher auch die Integration unterschiedlicher Kommunikationslösungen und die Entwicklung entsprechender Migrationsszenarien. (Kontakt: wallbaum@comconsult.com).

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