Computerhardware: Notebook: Stromversorgung

Stromversorgung von Notebooks

Das Netzteil ist in einem stationären PC sein größtes und schwerstes Einzelteil. Auch in einem Notebook trägt es in nicht geringem Maße zum Gesamtgewicht und -volumen bei. Deshalb werden Notebooks fast ausnahmslos von externen Netzteilen versorgt. Das Notebook wird dadurch kleiner, und man muss das Gewicht des Netzteils nicht mitschleppen, wenn man nicht lange unterwegs ist.

Ein handelsüblicher Computer benötigt 12 Volt, vor allem für die Motoren, und 5 Volt für die Elektronik. Netzteile stationärer Computer liefern außerdem -5 V, -12 V und 3,3 V. Haben Sie mal gesehen, wie viele Drähte vom Netzteil zu den PC-Komponenten führen und wie dick sie sind? Ein derart dickes Kabel vom externen Netzteil zum Notebook wäre nicht praktikabel. Notebook-Anschlusskabel sind dünn und flexibel. Allerdings tritt auf dem langen Anschlusskabel ein beträchtlicher Spannungsabfall auf. Deshalb liefern Notebook-Netzteile nur eine Rohspannung von 17 bis 22 Volt. Im Inneren des Notebooks findet die Feinregelung statt: Einerseits werden 12,0 Volt für die Motoren erzeugt, andererseits wird der Ladestrom für die Akkus geregelt.

Für die Versorgung mit 12 und 5 Volt und weiteren Spannungen gibt es zwei Strategien:

Das Netzteil erzeugt mehrere Rohspannungen, im Notebook erfolgt nur die Feinregelung. Diese Netzteile haben einen mehrpoligen Stecker und ein dickeres Kabel.
In einem mehrpoligen Stecker sind mehrere Kontakte parallelgeschaltet. Das Netzteil erzeugt nur eine einzige Spannung.
Innerhalb des Notebooks werden aus einer einzigen Rohspannung alle weiteren Spannungen erzeugt. Der Stecker ist zweipolig und robust, das Kabel ist dünner. Das Netzteil wird deutlich leichter und billiger, das Notebook wird nur wenig teurer und fast nicht schwerer. Allerdings entsteht mehr Wärme im Notebook.

Im Laufe der Jahre ist eine allmähliche Tendenz zur dritten Lösung zu beobachten, welche eindeutig kundenfreundlicher ist:

Bei Verlust oder Defekt des Netzteils gibt es preiswerten Ersatz. Fragen Sie im Notebook-Shop nach Universalnetzteilen, die sind preiswerter als Originalnetzteile.
Wenn Sie Ihr Notebook ständig zwischen Arbeitsstelle und Wohnung hin und her schleppen, kann sich die Anschaffung eines Zweitnetzteils lohnen.
Kensington und andere Hersteller haben Konverter im Angebot, die eine einstellbare Spannung aus dem 12 Volt Autoakku erzeugen. Einer der vielen mitgelieferten Adapterstecker passt bestimmt an Ihr Notebook. Auch gibt es Spannungswandler von 12 Volt bzw. 24 Volt auf 230 Volt.

Wenn Sie ein Netzteil mit mehreren Rohspannungen haben, werden Sie im Defekt- oder Verlustfall wohl ein teures Netzteil direkt vom Hersteller beziehen oder in einem Spezialgeschäft kaufen müssen.

Energy Star

Das US-amerikanische Umwelt-Bundesamt hat 1992 das Umwelt-Label „Energy Star“ geschaffen, um stromsparende Geräte auszuzeichnen. Die Regierung der USA hat allen Behörden untersagt, PCs oder Zubehör ohne „Energy Star“ anzuschaffen. Viele große Konzerne haben sich angeschlossen. Notebooks mit Onboard-Grafik dürfen maximal 14 Watt verbrauchen, um den Energy Star zu tragen. Wenn ein Grafikchip und separater Grafikspeicher vorhanden ist, sind 22 Watt erlaubt. Ein Hersteller, der diese Werte nicht einhält, verliert einen Großteil seiner potentiellen Kunden.

Es gibt einen weiteren Grund, warum die Hersteller die 22-Watt-Grenze einhalten: Die Akku-Kapazität. Welche Kapazität hat Ihr Akku? Multiplizieren Sie die Spannung mit den Amperestunden (V x Ah), beide Werte sind auf dem Akku aufgedruckt. Vermutlich erhalten Sie eine Kapazität zwischen 50 und 70 Wattstunden. Teilen Sie diesen Wert durch die Stundenzahl, die Ihr Akku durchhält und ziehen Sie etwa 20% Verluste ab, so erhalten Sie die Leistungsaufnahme in Watt. Ihr Netzteil liefert viermal so viel Watt? Es muss ja gleichzeitig den Betriebsstrom liefern und den Akku möglichst schnell aufladen.

Warum bauen die Hersteller keine größeren Akkus ein? Große Akkus machen das Notebook sehr viel schwerer und teurer, womit es für die breite Masse der Käufer uninteressant wird.

Stromsparende Komponenten

Halbleiterbauelemente haben sehr stark schwankende Betriebsparameter. Bei gleicher Taktfrequenz ist der Stromverbrauch (und damit auch die Wärmeentwicklung) sehr verschieden. Beim Hersteller werden die Prozessoren vermessen und nach Wärmeentwicklung sortiert. Die energiesparendsten Prozessoren sind selten und werden in teuren Spitzengeräten verwendet, die damit auch längere Akkulaufzeiten erreichen. Übrigens ist nicht allein der Stromverbrauch der CPU wichtig – auch der Chipsatz, die Grafikkarte und die WLAN-Antenne brauchen viel Strom.

Wenn man die preiswerteren, mehr Strom fressenden Chips verwendet, wird das Notebook deutlich billiger. Durch die größere Hitzeentwicklung reicht aber die passive Kühlung nicht aus – man braucht einen Lüfter auf der CPU (der nicht wenig Strom braucht). Damit nun der Akku nicht so schnell leer ist, wird die Taktfrequenz des Prozessors im Akkubetrieb oft reduziert. Es gibt Geräte, die im Akkubetrieb den Prozessortakt immer halbieren.

Stromsparender Betrieb

Bei der Festplatte, der CPU und der Peripherie sind Energieeinsparungen möglich:

Entfernen Sie alle nicht benötigten Geräte.
Das betrifft auch USB-Sticks. Sparsame Fabrikate verbrauchen 1 Watt (200 mA). Größere, schnelle Sticks brauchen mehr. Zum Vergleich: 40 bis 70 Watt braucht ein Notebook bei mittlerer Belastung.
Lassen Sie keine CD/DVD im Laufwerk liegen, wenn Sie diese zurzeit nicht benötigen. Solange eine Scheibe eingelegt ist, läuft der Spindelmotor und verbraucht eine Menge Strom.
Stellen Sie die Grundhelligkeit im Akkubetrieb dunkler. Lassen Sie bereits in einer kurzen Arbeitspause die Helligkeit des Bildschirms noch weiter absinken.
Lassen Sie die Festplatte nach einer Arbeitspause von drei bis fünf Minuten parken. Noch kürzere Zeiten bringen keinen Vorteil: Der Strombedarf der Festplatte ist beim Anlaufen viel größer als im Dauerbetrieb, außerdem führt das häufigere Parken der Köpfe zu erhöhtem Verschleiß.
Manche Anwendungen (z. B. Word) speichern in kurzen Abständen den aktuellen Zustand. Dabei läuft jedesmal die Festplatte an. Muss das sein? Ist ein größerer Zeitabstand möglich?
Die meisten Notebooks setzen den Prozessortakt im Akkubetrieb herab. Bei einigen wenigen Notebooks kann man einstellen, wie weit.
Defragmentieren Sie die Festplatte häufiger (natürlich im Netzbetrieb), das reduziert die Anzahl der Kopfbewegungen.

Lebensdauer von Akkus

Notebook-Akkus sind Spezialanfertigungen, Ersatzakkus kosten meist 100 bis 150 Euro. Sie gelten als Verschleißteile, die Garantie ist meist auf 6 Monate eingeschränkt.

Die Lebensdauer von Akkus hängt vor allem von deren Betriebstemperatur ab. Die optimale Ladetemperatur der Akkus liegt zwischen 10 und 30 Grad Celsius. Das bedeutet, dass die Akkus nur bei ausgeschaltetem Notebook geladen werden dürften, was nicht sehr realistisch ist.

Wenn die Entladung bei 20 bis 40 Grad erfolgt, hat der Akku die maximale Kapazität. Bei höheren oder niedrigeren Temperaturen gibt er weniger Strom ab. Leider wird der Akku immer bei erhöhter Temperatur betrieben. Dafür gibt es zwei Ursachen:

CPU, Grafikkarte, Festplatte und weitere Komponenten erzeugen jede Menge Wärme und erhöhen die Innentemperatur des Geräts.
Jeder Akku hat einen Innenwiderstand. Wenn Strom durch den Akku fließt, erzeugt der Innenwiderstand Wärme. Je höher der Strom, desto höher die Eigenerwärmung. Bei Handys und PDAs kann die Eigenerwärmung vernachlässigt werden, denn der Entladestrom und damit die Wärmeentwicklung verteilen sich auf einige Tage. Bei Notebooks ist der Entladestrom vielfach größer.

Allgemeine Enpfehlungen

Bei einem nagelneuen Notebook sollte die allererste Aufladung etwa 12 Stunden dauern und nicht unterbrochen werden, damit der Akku seine volle Kapazität „erwirbt“.
Ein Akku muss regelmäßig benutzt werden, ein andauernder Ladezustand tut ihm nicht gut. Wenn Sie das Notebook hauptsächlich mit Netzanschluss benutzen, sollten Sie daran denken, hin und wieder mal den Akku zu benutzen.
Wenn Sie das Gerät über viele Tage oder Wochen ausnahmslos stationär benutzen, legen Sie den (geladenen!) Akku in den Kühlschrank (in einer hermetisch verschlossenen Plastetüte). Damit entfernen Sie eine große Wärmequelle aus dem Gerät. Die Festplatte wird geschont und das Lüftergeräusch verringert sich.
Kaufen Sie keinen Akku auf Vorrat, wenn Sie ihn nicht tatsächlich benötigen, zum Beispiel vor einer längeren Reise. Ungenutzt wird er unbrauchbar. Durch Selbstentladung verliert ein Akku monatlich bei Zimmertemperatur 10% bis 15% seiner Ladung, im Kühlschrank weniger.
Wenn Sie einen Reserve-Akku besitzen, benutzen Sie ihn! Tauschen Sie beide Akkus regelmäßig aus, zum Beispiel monatlich.
Wenn Sie ein gebrauchtes Notebook kaufen, sollten Sie nicht mit einem brauchbaren Akku rechnen. Viele Leute verkaufen Ihr Notebook genau deswegen, weil die Akkulaufzeit nicht mehr für die tägliche Arbeit reicht. Testen Sie die Akkulaufzeit, bevor Sie sich über den Kaufpreis einigen!

Lithium-Akkus

Es gibt mehrere Technologien, die auf Lithium basieren: LiIo (Lithium-Ionen), LiPo (Lithium-Polymer), LiCoIon, LiFePO4 und andere. Es ist schwer, allgemeingültige Regeln für jeden Typ aufzustellen. Sofern in der Bedienungsanleitung etwas dazu steht, haben diese Angaben stets Vorrang!

Akkus auf Lithium-Basis sind brandgefährlich. Hat Ihnen der Lehrer im Chemieunterricht vorgeführt, wie heftig Natrium mit Wasser reagiert? Die Reaktion von Lithium mit Wasser ist noch viel heftiger. Selbst kleinste Risse im Akku sind höchst gefährlich, denn Lithium reagiert sogar mit der Feuchtigkeit der Luft. Hin und wieder gibt es Rückrufaktionen der Hersteller, wenn die Gefahr besteht, dass ein überhitzter Akku einen Brand verursacht. Als Anwender sollte man darauf achten, dass das Notebook von allen Seiten gut mit Luft versorgt ist. Eine weiche, flauschige Tischdecke unter dem Gerät ist ungünstig. Hohe Standfüße oder ein Notebook-Ständer sind nützlich. Man kann auch ein Lineal, eine Leiste oder notfalls ein Buch unter den hinteren Teil des Notebooks legen, um die Belüftung der Unterseite zu verbessern. Es gibt auch Notebook-Cooler-Pads, auf denen das Gerät abgestellt werden kann.

Ni-Cd-Akkus

Wenn Sie ein älteres Notebook haben, ist eventuell ein Nickel-Cadmium-Akku eingebaut. Diese Akkus haben Besonderheiten:

Ihre Lebensdauer hängt von der Anzahl der Ladezyklen ab. 500 Ladezyklen sind realistisch.
Sie haben einen „Memory-Effekt“: Wird der Akku nur wenig beansprucht, „vergisst“ er einen Teil seiner Kapazität.

Vermeiden Sie deshalb Mini-Ladezyklen! Stecken Sie das Notebook möglichst erst dann ans Stromnetz, wenn der Akku weitgehend entladen ist. Trennen Sie ihn erst vom Stromnetz, wenn der Akku vollständig geladen ist. Sonst verliert er Kapazität und Lebensdauer.

Ein Akku ist ein Verbrauchsartikel und beginnt nach einigen hundert Ladezyklen einen Teil seiner Kapazität zu verlieren. Keine Wundermittel können diesen Prozess umkehren. Sie können lediglich den Alterungsprozess bremsen durch regelmäßiges vollständiges Entladen und anschließendes vollständiges Wiederaufladen! Einzige Ausnahme: Wenn Sie einen total ungepflegten, heruntergewirtschafteten Akku drei- bis fünfmal entladen und wieder aufladen, erhöht sich dessen Kapazität möglicherweise um 20% bis 30%.

Wie entlädt man einen Akku? Arbeiten Sie damit, bis der Ladezustand auf 10% gefallen ist. Wenn Sie nicht dabeibleiben wollen, gehen Sie folgendermaßen vor:

Trennen Sie das Notebook vom Stromnetz.
Arbeiten Sie damit, solange Sie Zeit haben oder bis die Akku-Warnmeldung kommt.
Beenden Sie schnell alle Anwendungen.
Warten Sie, bis das Gerät von selbst abschaltet. Wegen der geringen Stromaufnahme im Leerlauf kann das mehrere Stunden dauern. Eine schädliche Tiefentladung wird von der Elektronik verhindert.