IT-Hardware energieffizienter zu machen, ist heute eines der grossen Anliegen der Computerindustrie. Auch die ETH betreibt Forschung auf diesem Gebiet und kann nun einen schönen Erfolg vermelden: Einem ETH-Team ist es gelungen, Gleichrichtermodule zu bauen, die deutlich energieeffizienter arbeiten als bisherige Modelle. Und wichtig: Auch die Industrie ist sehr interessiert an den Erkenntnissen: Prototypen der neuen Gleichrichter werden gemäss ETH bereits von einem der grossen Halbleiterhersteller getestet.

Gleichrichter braucht es in den Netzteilen von IT-Geräten. Sie wandeln den vom Stromnetz gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom um, den PCs usw. intern zum arbeiten benötigen.

In Zahlen ausgedrückt ist es Dr. Jürgen Biela und Doktoranden der Professur für Leistungselektronik der ETH Zürich gelungen, durch die Anwendung eines neuen Designverfahrens den Wirkungsgrad von Gleichrichtern von bisher maximal 97,5 auf 99,2 Prozent zu erhöhen. Das tönt vielleicht nicht gerade nach viel, kann aber insgesamt viel ausmachen, vor allem angesichts des explodierenden Stromhungers von IT-Infrastrukturen und Geräten der Unterhaltungselektronik weltweit. Schon heute, so rechnet die ETH vor, würden die neuen Gleichrichter, wenn sie bei sämtlichen IT-Geräten in der Schweiz eingebaut wären, den Stromverbrauch von rund 10'000 Schweizer Bürgern und Bürgerinnen ausgleichen. Die Forschergruppe will zudem nicht bei Gleichrichtern stehenbleiben sondern ihr Designverfahren auch auf andere Elektrikkomponenten ausweiten. Als nächstes wollen sie sich die internen Spannungswandler vornehmen, die ebenfalls in den meisten IT-Geräten zu finden sind.

Um die effizienteren Gleichrichter zu bauen, wenden die ETH-Forscher keine revolutionäre, neue Technologie oder neue Materialien an. Stattdessen haben sie einen Ansatz entwickelt, der es erstmals erlaubt, für Komponenten eines solchen Moduls den jeweils optimalen Kompromiss zwischen Grösse und Effizienz zu bestimmen. So konnten sie die optimale Grösse und Geometrie der Einzelteile ihres Gleichrichters berechnen und diese bestmöglich aufeinander abstimmen.

Dr. Biela weist allerdings auch auf ein Problem hin: Gleichrichter können nicht immer kleiner gemacht werden, ohne dass sie ineffizienter werden. Das könnte dem Bestreben, gerade in Rechenzentren immer mehr IT-Power auf immer kleineren Raum zu pressen, wiedersprechen. "Mit den heutigen Materialien ist der von uns erreichte Wirkungsgrad von 99,2 Prozent bei einer Leistung von 1,6 kW und einem Volumen von 1,1 Liter wohl das Optimum", betont Biela. Möchte man ein System so klein wie möglich bauen, so sinke der erreichbare Wirkungsgrad wieder auf unter 96 Prozent. (hjm)