Эра неограниченных и дешевых энергоресурсов заканчивается. Все более актуальной становится проблема сохранения энергии. Сегодня энергосбережение является важнейшей альтернативой наращиванию объемов потребления энергоресурсов, а также одним из важнейших инструментов решения глобальных экологических проблем, стоящих перед всем мировым сообществом.
Весь мир сталкивается с проблемой сохранения энергии. Мировое потребление электроэнергии росло со скоростью 2% в год [1]. Энергия потребляется все больше, а добыча энергоресурсов и генерация электроэнергии становятся все дороже. Эта проблема стоит прежде всего в странах с большой или бурно развивавшейся экономикой: США, Европе, Китае, Южной Корее, Индии. Именно поэтому регулирующие агентства этих стран весьма активны в проведении исследований и выработке рекомендаций и стандартов.
Изначально проблема высокого энергопотребления была выявлена в центрах хранения и обработки данных крупных корпораций. С одной стороны, огромные потери электроэнергии имеют причиной низкий коэффициент полезного действия (КПД) источников питания серверов. С другой стороны, рассеиваемая мощность преобразуется в тепло, которое требуется отводить. Приходится затрачивать энергию еще и на вентиляцию перегревающихся серверов и хранилищ баз данных. Около 35% обсуждаемых энергетических потерь приходились на неэффективные источники питания.
Второе, на что исследователи обратили внимание с точки зрения экономии электроэнергии — разнообразная бытовая техника. В конце 90-х «вспомнили», что состояние «Выкл.» телевизора вовсе не означает, что он действительно выключен — на самом деле прибор подключен к сети переменного тока и находится в режиме ожидания. Национальный совет по охране ресурсов NRDC (National Resources Defense Council) провел статистическое исследование, измерив энергию, которую потребляют телевизионные приемники с диагональю экрана 13…50 дюймов, стереосистемы, музыкальные центры в режиме ожидания. Энергопотребление в среднем составило 5 Вт на прибор. Это приводит к потерям 158 млрд кВт∙ч ежегодно! В 2001 г. в США законодательно было введено ограничение в 1 Вт на собственное потребление телевизионных приемников в режиме ожидания. Принятые меры были названы «Инициативой 1 Вт», которая получила распространение в 2006 г. после международной конференции. Эти ограничения имеют единую идеологическую основу и могут отличаться в деталях, учитывающих специфику энергопотребления и законодательное регулирование каждой страны-участницы (Европа, Китай, Южная Корея, Япония, Австралия и т.д.). После успеха «Инициативы 1 Вт» в отношении бытовой видеотехники национальные и международные агентства обратили внимание на другие группы электроники.
Следующей целью стали внешние источники питания: сетевые адаптеры питания в пластмассовом корпусе. Пример таких источников питания — сетевые адаптеры для ноутбуков, жидкокристаллических дисплеев, мобильных телефонов. Рынок внешних источников питания в пять раз больше рынка встраиваемых AC/DC-преобразователей в натуральном выражении (в шт.) и в 15 раз больше рынка DC/DC-преобразователей (по данным IMS Research и Darnell Group).
Один из самых богатых штатов США — Калифорния (10% национальной экономики). В нем очень активно отслеживается состояние окружающей среды и много внимания уделяется вопросам энергосбережения. Документы, разрабатываемые Калифорнийской энергетической комиссией (CEC), часто становятся основой новых стандартов и рекомендаций как в США, так и за пределами страны. Исследования СЕС показали, что сетевой адаптер потребляет менее 10 Вт, а в США таких устройств не менее 2,5 млрд. шт. Дополнительные исследования Ecos Consulting и EPRI в США и СECP в Китае позволили обнаружить, что большинство внешних источников питания имеют КПД менее 50%. В результате этих исследований было установлено, что необходимо учитывать энергопотребление не ОДНОГО сетевого адаптера питания, а ВСЕХ приборов этого класса. Агентство по защите окружающей среды США разработало специальную программу под названием Еnergy Star. В соответствии с ней повышение КПД сетевых адаптеров позволило бы экономить 32 млрд. кВт∙ч ежегодно, что эквивалентно суммарной мощности семи крупных электростанций. В результате в США была принята специальная программа Energy Star по созданию современных высокоэффективных и экономичных источников питания и их внедрению в разнообразное электронное оборудование.
Вопросам энергосбережения и в нашей стране уделяется внимание на самом высоком уровне: были приняты долгосрочная федеральная целевая программа «Энергосбережение России» на 1998—2005 гг. и «Энергетическая стратегия России» на период до 2020 г.
Первая спецификация Energy Star была разработана в отношении больших устройств, например компьютерных мониторов и холодильников. В 2005 г. требовании этой организации были распространены на внешние источники питания. Соответствующая директива получила название «Акт энергетической независимости и безопасности 2007» (Energy Independence and Security Act of 2007, EISA2007). Требования к внешним источ-никам питания (сетевым адаптерам) в соответствии с программой Energy Star изложены в версии1.1, значения параметров источников питания приведены в таблице 1. Коммерческое название этой программы — Energy Star IV.
Таблица 1. Требования к параметрам внешних источников питания AC/AC и AC/DC в рабочем режиме (Energy Star IV, версия 1.1)
КПД |
|
Паспортная выходная мощность Pno, Вт |
Минимальное значение среднего КПД в рабочем режиме * |
0…1 |
>0,49Рпо |
1…49 |
> [0,09 ln(Pno)] + 0,49 |
Энергопотребление без нагрузки |
|
Паспортная выходная мощность Pno, Вт |
Максимальное значение энергопотребления без нагрузки, Вт |
0…10 |
<0,5 |
10…250 |
<0,75 |
Позднее эти требования были ужесточены в версии 2.0, названной Energy Star V. Требования программы Energy Star версии 2.0 к источникам питания AC/DC и AC/AC включают следующие три параметра:
1. Коэффициент полезного действия в рабочем режиме.
2. Собственное энергопотребление источника питания при работе без нагрузки.
3. Коэффициент мощности.
Требования к минимальному значению среднего КПД в зависимости от мощности источника питания приведены в таблице 2 [2]. Средний КПД вычисляется следующим образом. Проводятся измерения КПД источника питания при нагрузке 100, 75, 50 и 25% от номинальной, и вычисляется среднее арифметическое этих четырех значений.
Паспортная выходная мощность Pno, Вт |
Минимальное значение среднего КПД в рабочем режиме |
0…1 |
> 0,44 Pno + 0,145 |
1…36 |
> [0,08 ln(Pno)]+0,585 |
> 36 |
> 0,870 |
Все источники питания с паспортной выходной мощностью ≥75 Вт должны иметь коэффициент мощности ≥0,9, измеренный при стопроцентной нагрузке. Для устранения разночтений в документе определен термин «Работа без нагрузки»: вход источника питания соединен с источником переменного напряжения, значение которого соответствует паспортному значению входного напряжения источника питания, а выход не соединен с нагрузкой. Требования к собственному энергопотреблению источника питания при работе без нагрузки приведены в таблице 3.
Паспортная выходная мощность Pno, Вт |
Максимальная потребляемая мощность при работе без нагрузки, Вт |
|
AC/AC |
AC/DC |
|
0…50 |
<0,5 |
<0,3 |
50…250 |
<0,5 |
<0,5 |
Требования версии 2.0 введены с 1 июля 2008 г.
На наклейке источника питания, удовлетворяющего требованиям Energy Star, имеется соответствующая надпись (см. рис. 1): число IV или V в круге для Energy Star IV либо Energy Star V, соответственно.
Рис. 1. Пример обозначения Energy Star на корпусе источника питаниия Mean Well серии GS40
|
Для того, чтобы источники питания соответствовали требованиям Energy Star, версия 1.1, производители использовали новые электронные компоненты. Для удовлетворяения требований версии 2.0 необходимо применять более сложные топологии источников питания, устройства с фиксированной частотой переключения, современные MOSFET-ключи с низким сопротивлением канала в открытом состоянии.
Energy Star, версия 2.0, становится международным стандартом де факто, т.к. цель его внедрения — не только увеличить КПД источников питания, но в конечном счете уменьшить эмиссию парниковых газов.
Компания Mean Well производит широкий спектр сетевых адаптеров питания, отвечающих самым последним, ужесточенным в 2007 г., требованиям «Управления по охране окружающей среды США» (EPA). Все новые серии в соответствии со стандартом Energy Star, класс IV, отличаются малым собственным энергопотреблением менее 0,5 Вт на холостом ходу и соответствующим КПД. Часть моделей соответствует еще более высокому — пятому классу этого стандарта Energy Star V: их собственное энергопотребление на холостом ходу менее 0,3 Вт, а КПД некоторых моделей достигает 92,5%.
В таблице 4 приведена информация о соответствии источников питания Mean Well требованиям стандарта Energy Star.
Серия |
РВЫХ, Вт |
Выходное напряжение модели, В |
||||||||||
5 |
7,5 |
9 |
12 |
15 |
18 |
19 |
20 |
24 |
28 |
48 |
||
GS12 |
12 |
IV |
IV |
IV |
IV |
IV |
IV |
x |
x |
IV |
x |
x |
GS18 |
18 |
IV |
IV |
IV |
IV |
IV |
IV |
x |
x |
IV |
IV |
IV |
GS25 |
25 |
IV |
IV |
IV |
IV |
IV |
IV |
x |
x |
IV |
IV |
IV |
GS40 |
40 |
V |
V |
V |
V |
V |
V |
x |
x |
V |
x |
V |
GS60 |
60 |
IV |
IV |
IV |
V |
V |
V |
x |
x |
V |
x |
V |
GS90 |
90 |
x |
x |
x |
V |
V |
x |
V |
x |
V |
x |
V |
AS-120P |
120 |
x |
x |
x |
EISA |
EISA |
x |
x |
IV |
IV |
x |
IV |
Новые сетевые адаптеры питания Mean Well отвечают всем требованиям, имеют универсальный вход переменного тока 90…264 В, комплекс защиты от короткого замыкания, перегрузки, перенапряжения. Они сертифицированы по международным стандартам электробезопасности и электромагнитной совместимости и предназначены для использования в помещениях при температурах окружающего воздуха 0…40°С или –10…50°С в зависимости от модели. Изделия, как правило, имеют встроенный пассивный фильтр для снижения уровня помех. «Зеленые» сетевые адаптеры питания Mean Well мощностью 12…120 Вт (см. табл. 4) предназначены для применения в следующих различных приложениях:
– ЖК-мониторы;
– ноутбуки;
– видеокамеры;
– бытовая техника;
– офисная техника;
– системы безопасности;
– системы телеметрии на основе GSM-модемов.
Новые «зеленые» адаптеры по стандарту Energy Star приходят на смену популярным сериям, их соответствие по мощности приведено в таблице 5 для удобства выбора нового прогрессивного источника питания.
Популярная серия |
Мощность, Вт |
Новая «зеленая» серия Energy Star |
Мощность, Вт |
GS06E |
6 |
|
|
GS15E |
7,2…15 |
GS12 |
10…12 |
ES18E |
9…18 |
GS18 |
15…18 |
ES25E |
20…25 |
GS25 |
20…25 |
P40A, P40B |
25…40 |
GS40 |
25…40 |
P66A |
42,5… 66 |
GS60 |
30…60 |
U65S |
80 |
GS90 |
80…90 |
AS-120P |
100…120 |
AS-120P соответствует требованиям Energy Star |
100…120 |
В статье обсуждены предпосылки возникновения экономичных «зеленых» источников питания, приведены ключевые особенности и основные параметры высокоэффективных и экономичных сетевых адаптеров питания в диапазоне мощностей 12…120 Вт. Они предназначены для самого широкого круга приложений. Более подробную информацию об этих и других источниках питания см. на специализированном сайте http://ps.compel.ru/.
По вопросам поставки источников питания и получения технической информации обращайтесь в компанию «КОМПЭЛ» (www.compel.ru) по тел. (495) 995-0901 или по электронной почте ac-dc-ac@compel.ru.
2. ENERGY STAR Program Requirements for Single Voltage External AС-DС and AС-AС Power Supplies