Goedkoop sluimeren

Het in de wachtstand houden van elektronische apparaten verkwist energie. De Greenchip brengt dit verbruik tot een minimum terug, onder meer door integratie van de bleeder, de waakvlam van de consumenten-apparatuur.

STEEDS MEER elektronica staat in de wachtstand. Een fax wacht vierentwintig uur lang op telefoontjes. De tv in standby let continu op het weksignaal van de afstandbediening. De geprogrammeerde videorecorder luistert op de kabel naar de programmacode die hem vertelt wanneer de uitzending werkelijk begint. En de sluimerende monitor en pc wachten tot het toetsenbord of de muis weer worden beroerd. Al dat wachten kost energie, want de elektronische zintuigen moeten alert blijven en ook de opstartschakelaar heeft een stroomshot nodig voor als er weer iemand met de afstandbediening zwaait.

Dat urenlange sluimeren kost vaak veel meer energie dan de opgetelde tijd dat de elektronica daadwerkelijk aan staat. Een werkende tv verstookt ongeveer 100 watt, maar het toestel verbruikt tijdens standby ook snel 10 watt. Wie minder dan twee uur per dag voor de tv doorbrengt betaalt meer voor zijn afstandbedieningsgemak dan voor zijn kijkplezier. Per jaar per apparaat is dat al snel enkele guldens tot een tientje. Volgens de Nederlandse organisatie voor energie en milieu (Novem) bedraagt het standby-verlies in Nederland maar liefst een derde van het elektriciteitsverbruik van consumentenelektronica en computerapparatuur.

De wachtstand bracht bedieningsgemak voor tv's en stereoapparatuur, maar in het kantoor kregen pc's en monitoren juist een slaapstand om het energieverbruik terug te dringen. Huenges Wajer: ``Het ironische is dat de sluimerstand daar nu verhoudingsgewijs voor de grootste verspillingen zorgt.'

In 1997 spraken elektronicafabrikanten met de Europese commissie af om hier wat aan te doen. Ontwerpers van Philips Semiconductors in Nijmegen beten vorig jaar het spits af met de eerste voeding waarvan de slaapstand zeer energiezuinig is. Het slimmigheidje zit 'm in de Greenchip, een vermogenschip die het standby-verbruik stevig terugschroeft. De winst is afhankelijk van het stroomgebruik. Videorecorders en printers consumeren in slaapstand met de Greenchip minder dan een halve watt, de grotere tv's minder dan 2 watt. Als alle Nederlandse tv-kijkers deze chip zouden gebruiken, dan zou met de bespaarde energie een kleine stad van stroom kunnen worden voorzien.

Behalve Philips gaan een Duitse en twee Japanse tv-fabrikanten de Greenchip gebruiken. Dat is opvallend, want Japanners behoren tot de meest kritische consumenten wat betreft energiegebruik. Maar op den duur zal dit soort technologie alom gebruikt worden, zegt Leo Warmerdam van de Power Management groep van Philips Semiconductors. ``Standby-vermogens van 1 tot 2 watt komen er gewoon. Bedrijven als Motorola en SGS Thomson Microelectronics zijn er inmiddels ook druk mee bezig.'

Ook al neemt het totale energieverbruik toe – in Nederlandse huishoudens zo'n 2 procent per jaar - de apparaten zelf zijn de afgelopen decennia veel zuiniger geworden. Het energiegebruik van de gemiddelde tv is in dertig jaar tijd geslonken van bijna 300 watt tot 70 watt. De elektronica werd zuiniger, maar vooral de overstap van de ouderwetse transformator op de switch mode power supply (SMPS) bracht het stroomverbruik terug. Beide onderdelen verlagen de netspanning tot een niveau dat bruikbaar is voor de elektronica. Een trafo heeft echter maar een rendement van 50 procent, terwijl een SMPS-voeding het verlies beperkt tot 20 procent.

FREQUENTIE

Tussen het energie-overbrengingsprincipe van een trafo en een SMPS-voeding is nauwelijks onderscheid. In beide gevallen dragen spoelen de elektrische energie via een magnetisch veld aan elkaar over. Het grote verschil zit hem in de frequentie. In transformatoren wisselt het elektrisch (en dus het magnetische) veld met de frequentie van de netspanning, 50 hertz. De SMPS gebruikt frequenties van tientallen kilohertz, waardoor de energieoverdracht efficiënter verloopt. Er is nog een belangrijk onderscheid. Transformatoren zijn slechts geschikt voor één ingangsspanning, terwijl de vermogenchips bij netspanningen van 90 tot 276 volt steeds dezelfde uitgangsspanning leveren. Dat is aantrekkelijk voor fabrikanten die hun apparatuur over de hele wereld willen slijten. De SMPS is een schakeling van vermogenschips en enkele andere onderdelen. De chips hebben bijvoorbeeld een oscillator aan boord, een elektronische schommel die de frequentie van de trafospoelen opzwiept tot de gewenste 75 duizend trillingen per seconde.

Toen SMPS-voedingen begin jaren tachtig voor het eerst verschenen waren ze nog duur, maar tegenwoordig zijn ze voor vermogens hoger dan 5 watt goedkoper dan transformatoren. Vandaar dat er bij kleine elektronicaproducten als antwoordapparaten en goedkope kruimeldieven meestal nog een trafootje zit. In het grotere verbruik is vermogenselektronica goedkoper vanwege de materiaalbesparingen. Een 100 watt trafo is groot en weegt al snel een kilo, terwijl een SMPS-voeding zo groot is als een vuist.

Dat de huidige apparatuur zo verkwistend is in de standby-toestand komt door een klein onderdeel dat elektronica-ontwerpers heel toepasselijk bleeder noemen. De bleeder is de waakvlam van de consumentenapparatuur, een kleine spanningsbron die nodig is om zintuigen als de infrarood-sensor op tv of de showview-chips in de videorecorder van stroom te voorzien. Warmerdam: ``De bleeder kun je zien als het vuur om de ketel onder stoom te houden, zodat de machine op elk moment in beweging kan komen. Hij slurpt altijd energie.'

Bij Philips hebben ze de bleeder met de vermogenselektronica op de Greenchip geïntegreerd en daarmee beheersbaar gemaakt. Onder gewone gebruiksomstandigheden wordt de bleeder afgeschakeld en de vermogensconsumptie verlaagd. De Greenchip vermindert het gebruik in de wachtstand tot een minimum vanwege de burst-mode, een toestand waarbij vijfentwintig keer per seconde heel kort (0,01 seconde) energie wordt afgenomen. ``Je kan de burst-mode zien als een methode om de machine iedere keer met een kort stootje heel langzaam voort te laten sjokken. Zonder burstmode zouden we veel meer `stoom' gebruiken bij het opstarten.'

Maar er is meer. De vermogenchip zorgt er ook voor dat de energie-efficiëntie bij een lager stroomverbruik zo goed mogelijk is. Een computermonitor met een gelijkrichter trekt bijvoorbeeld 100 watt in de hoogste stand. Met een rendement van 80 procent gaat daar 20 watt van verloren. De kunst is om dit rendement niet in te laten zakken bij een wisselend energieverbruik. De Greenchip doet dat door de kloksnelheid van de hoogfrequent-trafo (van de SMPS) terug te brengen van 75 kilohertz tot 25 kilohertz.

DIEPERE SLAAP

Deze vorm van bijsturen is steeds belangrijker, want apparaten kennen steeds meer energieniveaus. Een videorecorder kent naast afspelen en opnemen de standby en een wachtstand voor geprogrammeerd opnemen. Een computermonitor kent meestal twee sluimerstanden, één waaruit hij meteen is te ontwaken – het scherm is donker, maar het elektronenkanon staat aan – en een diepere slaap waarbij de kathode nog tijd nodig heeft om op te warmen.

Het is nog maar de vraag of dit soort energieregeltechnieken op zal kunnen tegen de aansnellende golf nieuwe elektronica. Settop tv-kasten voor digitale tv en nieuwe digitale diensten noemt Huenges Wajer van Novem `de grootste bedreiging'. Veel concepten van betaal-tv en digitale abonnementen gaan ervan uit dat service-leveranciers in staat moeten zijn om nieuwe programmagegevens te allen tijde naar de settop-kast te sturen of om informatie over het kijkgedrag op te vragen. Veel van de huidige tv-kastjes hebben momenteel niet eens een standby, maar staan altijd aan. ``Daarnaast zijn er nieuwe standaarden op komst waarmee alle huiselektronica met elkaar kan communiceren', zegt Huenges Wajer. Is eenmaal alles met elkaar verknoopt, dan zal de onderlinge afhankelijkheid van de apparatuur ervoor zorgen dat aan/uit-schakelaars nooit meer worden bediend. Technisch is dit op te lossen, zegt Warmerdam van Philips. ``Onze Greenchip kan een apparaat aan de hand van een digitaal signaal laten ontwaken.' Het zijn echter de apparatenbouwers die voor energiezuinige technologie moeten kiezen en voor hen is elk dubbeltje belangrijk.

Regelgeving kan daar wat aan doen. Maar ook het bewustzijn van consumenten draagt bij aan toenemend gebruik van energievriendelijke technieken. Huenges Wajer wijst op de Europese organisatie Group for Efficient Appliances (GEA) die het energieverbruik van verschillende elektronica-producten op de website www.energeavia.org publiceert. GEA werkt ook aan een Europees label voor energiezuinige apparatuur.