1.3 Herausforderungen
15
Tabelle 1.1 Abhängigkeit der Relevanz von Energieeinsparungsgründen von der Systemklasse
Während der Nutzung relevant?
Systemklasse
Netzbetrieb Akkubetrieb
ohne Netz
Beispiel
Fabrik
Laptop
Sensor-Netzwerk
Globale Erwärmung
ja
kaum
nein
Kosten der Energie
ja
kaum
üblicherweise nicht
Höhere Performanz
ja
ja
ja
Laufzeit ohne Netz
nein
ja
ja
Thermische Effekte, Überhitzung
ja
ja
ja
Vermeiden hoher Ströme, Metallwanderung
ja
ja
ja
Kaum Energie vorhanden
nein
selten
ja
Die globale Erwärmung ist natürlich ein sehr wichtiger Grund, um des Verbrauchs an elektrischer Energie gewahr zu sein. Allerdings ist die Menge an
verfügbarer Energie bei mobilen Systemen üblicherweise sehr klein und daher
ist der Beitrag dieser Systeme zur globalen Erwärmung ebenfalls klein6.
Die Kosten der Energie sind relevant, wenn die benötigte Menge an Energie
teuer ist. Bei Systemen mit Netzbetrieb kann dies aufgrund großer Mengen
an Energie passieren. Für Systeme ohne Netzbetrieb sind diese Mengen meist
klein, aber es kann Fälle geben, in denen selbst kleine Mengen teuer sind.
Eine größere Performanz (Rechenleistung) verlangt – sofern nicht Fortschritte
in der Technologie diese ermöglichen – i.d.R. nach mehr Energie.
Die Laufzeit ohne Stromnetz ist z.B. für Mobiltelefone und Laptops relevant.
Thermische Effekte werden wichtiger, weil zu heiße Systeme nicht benutzbar
sind und weil die Zuverlässigkeit von Systemen mit steigenden Temperaturen
sinkt. Es kann sogar notwendig sein, Teile von Silizium-Chips abzuschalten,
d.h. von der Stromversorgung zu trennen, um eine Überhitzung zu vermeiden.
Diese Notwendigkeit ist unter dem Begriff dark silicon bekannt geworden
[153]. Daher müssen thermische Effekte ebenfalls betrachtet werden.
Hohe Stromdichten können dazu führen, dass Metalle in Chips sich nicht mehr
wie Festkörper verhalten, sondern wandern.
In einigen Fällen, wie z.B. räumlich entfernt aufgestellten Sensorknoten, ist
Energie eine wirklich sehr knappe Ressource.
Es ist interessant anzusehen, in welchen Fällen ein Grund für effiziente Nutzung der Energie nicht so relevant ist. Bei Systemen, die mit dem Stromnetz
verbunden sind, ist Energie i.d.R. keine knappe Ressource. Bei Systemen,
die nicht mit dem Stromnetz verbunden sind, ist der Einfluss auf die globale
Erwärmung gering, weil die Kapazität von Stromspeichern begrenzt ist.
6 Dies sei durch ein konkretes Zahlenbeispiel belegt: ein derzeit als groß empfundener Akku
eines Mobiltelefons hätte beispielsweise eine Kapazität von 3600 mAh und für die Spannung
nehmen wir eine mittlere Spannung von 4 V an. Damit ergibt sich eine Energie von 14,4 Wh.
Eine vollständige Ladung entspricht damit dem Verbrauch eines i.d.R. permanent eingeschalteten
Internet-Zugangsknotens in ca. 1-2,5 Stunden bzw. eines Fernsehgerätes im Bruchteil einer Stunde.
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Tabelle 1.1 Abhängigkeit der Relevanz von Energieeinsparungsgründen von der Systemklasse
Während der Nutzung relevant?
Systemklasse
Netzbetrieb Akkubetrieb
ohne Netz
Beispiel
Fabrik
Laptop
Sensor-Netzwerk
Globale Erwärmung
ja
kaum
nein
Kosten der Energie
ja
kaum
üblicherweise nicht
Höhere Performanz
ja
ja
ja
Laufzeit ohne Netz
nein
ja
ja
Thermische Effekte, Überhitzung
ja
ja
ja
Vermeiden hoher Ströme, Metallwanderung
ja
ja
ja
Kaum Energie vorhanden
nein
selten
ja
Die globale Erwärmung ist natürlich ein sehr wichtiger Grund, um des Verbrauchs an elektrischer Energie gewahr zu sein. Allerdings ist die Menge an
verfügbarer Energie bei mobilen Systemen üblicherweise sehr klein und daher
ist der Beitrag dieser Systeme zur globalen Erwärmung ebenfalls klein6.
Die Kosten der Energie sind relevant, wenn die benötigte Menge an Energie
teuer ist. Bei Systemen mit Netzbetrieb kann dies aufgrund großer Mengen
an Energie passieren. Für Systeme ohne Netzbetrieb sind diese Mengen meist
klein, aber es kann Fälle geben, in denen selbst kleine Mengen teuer sind.
Eine größere Performanz (Rechenleistung) verlangt – sofern nicht Fortschritte
in der Technologie diese ermöglichen – i.d.R. nach mehr Energie.
Die Laufzeit ohne Stromnetz ist z.B. für Mobiltelefone und Laptops relevant.
Thermische Effekte werden wichtiger, weil zu heiße Systeme nicht benutzbar
sind und weil die Zuverlässigkeit von Systemen mit steigenden Temperaturen
sinkt. Es kann sogar notwendig sein, Teile von Silizium-Chips abzuschalten,
d.h. von der Stromversorgung zu trennen, um eine Überhitzung zu vermeiden.
Diese Notwendigkeit ist unter dem Begriff dark silicon bekannt geworden
[153]. Daher müssen thermische Effekte ebenfalls betrachtet werden.
Hohe Stromdichten können dazu führen, dass Metalle in Chips sich nicht mehr
wie Festkörper verhalten, sondern wandern.
In einigen Fällen, wie z.B. räumlich entfernt aufgestellten Sensorknoten, ist
Energie eine wirklich sehr knappe Ressource.
Es ist interessant anzusehen, in welchen Fällen ein Grund für effiziente Nutzung der Energie nicht so relevant ist. Bei Systemen, die mit dem Stromnetz
verbunden sind, ist Energie i.d.R. keine knappe Ressource. Bei Systemen,
die nicht mit dem Stromnetz verbunden sind, ist der Einfluss auf die globale
Erwärmung gering, weil die Kapazität von Stromspeichern begrenzt ist.
6 Dies sei durch ein konkretes Zahlenbeispiel belegt: ein derzeit als groß empfundener Akku
eines Mobiltelefons hätte beispielsweise eine Kapazität von 3600 mAh und für die Spannung
nehmen wir eine mittlere Spannung von 4 V an. Damit ergibt sich eine Energie von 14,4 Wh.
Eine vollständige Ladung entspricht damit dem Verbrauch eines i.d.R. permanent eingeschalteten
Internet-Zugangsknotens in ca. 1-2,5 Stunden bzw. eines Fernsehgerätes im Bruchteil einer Stunde.