Steigende Energiepreise und strengere gesetzliche Vorgaben rücken die Energieeffizienz industrieller Antriebe zunehmend in den Fokus produzierender Betriebe. Frequenzumrichter zählen zu den wirkungsvollsten Maßnahmen, um den Energieverbrauch bestehender Anlagen spürbar zu senken, ohne gleich neue Maschinen anschaffen zu müssen. Die folgenden vier Effekte zeigen, wo das größte Einsparpotenzial liegt und wie sich ein Umrichter in der Praxis auszahlt.
1. Bedarfsgerechte Motordrehzahl
Ohne Frequenzumrichter laufen Motoren oft mit konstanter Drehzahl unabhängig davon, wie viel Leistung tatsächlich benötigt wird. Mit einem Frequenzumrichter lässt sich die Drehzahl gezielt an den aktuellen Bedarf anpassen. Besonders bei Lüftern, Pumpen und Kompressoren zahlt sich das spürbar aus. Siemens bestätigt in seinen technischen Unterlagen zur Antriebstechnik ebenfalls, dass sich durch eine bedarfsgerechte Drehzahlregelung von Pumpen und Lüftern erhebliche Energieeinsparungen erzielen lassen.
Beispiel: Bei typischen Lüfter- und Pumpenanwendungen mit quadratischem Lastmoment kann ein Lüfter, der statt mit 100 % nur mit 80 % Drehzahl läuft, nach den Affinitätsgesetzen bis zu rund 49 % Energie einsparen. Bei Anwendungen mit konstantem Lastmoment, etwa Förderbändern, fällt dieser Effekt deutlich geringer aus.
2. Reduzierung mechanischer Belastung
Frequenzumrichter ermöglichen ein sanftes Anfahren und Stoppen, was den Verschleiß mechanischer Bauteile deutlich reduziert. Das schont die Maschinen, verlängert ihre Lebensdauer und senkt den Wartungsaufwand.
Vorteil: Weniger ungeplante Stillstandzeiten und geringere Instandhaltungskosten.
3. Optimierung des Stromverbrauchs
Der größte Beitrag zur Senkung des Stromverbrauchs kommt nicht von der Reduzierung der Blindleistung, sondern von der bedarfsgerechten Drehzahlregelung selbst, wie in Punkt 1 beschrieben. Frequenzumrichter können motorseitig den Leistungsfaktor verbessern, da der Motor nur so viel Magnetisierungsstrom bezieht, wie für den jeweiligen Betriebspunkt nötig ist. Netzseitig entstehen durch den Gleichrichter jedoch Oberschwingungen, die den tatsächlichen Netz-Leistungsfaktor ohne zusätzliche Maßnahmen wie Netzdrosseln oder Oberschwingungsfilter verschlechtern können. Beim Anlauf reduziert die sanfte Rampenfunktion zudem den Einschaltstromstoß gegenüber einem direkten Netzanlauf deutlich, was sich positiv auf Lastspitzen und mögliche Leistungsspitzenentgelte auswirkt. Die Wahl eines passenden Umrichters, gegebenenfalls inklusive Netzdrossel, spielt dabei eine zentrale Rolle, weshalb sich eine fachkundige Beschaffung von Frequenzumrichtern langfristig auszahlt.
Tipp: In Kombination mit einem Energiemanagementsystem lassen sich zusätzliche Einsparpotenziale identifizieren und ausschöpfen.
4. Energieeffizienz und gesetzliche Vorgaben
Die Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1781 legt konkrete Mindesteffizienzanforderungen für Elektromotoren und für Frequenzumrichter als drehzahlvariable Antriebe selbst fest, die beim Inverkehrbringen in der EU eingehalten werden müssen. Für Betriebe bedeutet das vor allem, bei der Beschaffung auf normkonforme Geräte der vorgeschriebenen Effizienzklasse zu achten, der Einsatz eines Frequenzumrichters allein ersetzt diese Prüfung nicht automatisch. „Für Frequenzumrichter als drehzahlvariable Antriebe gilt dabei seit dem 1. Juli 2021 im relevanten Leistungsbereich mindestens die Effizienzklasse IE2. Ökodesign-Konformität und der Zugang zu Fördermitteln sind davon unabhängig zu betrachten, da unterschiedliche Kriterien gelten.“
Einen Überblick über Energiesparfunktionen bei Frequenzumrichtern liefert Siemens in seinen Herstellerunterlagen, was bei der Auswahl passender Funktionen für die eigene Anlage hilft.
Wer Frequenzumrichter erfolgreich einsetzen will, sollte folgende Schritte berücksichtigen:
- Energieaudit durchführen: Zunächst den aktuellen Energieverbrauch analysieren und konkrete Einsparpotenziale identifizieren.
- Förderprogramme nutzen: Zum Beispiel über das BAFA-Förderprogramm für energieeffiziente Technologien lassen sich Investitionskosten reduzieren.
- Personal schulen: Eine fachgerechte Parametrierung und eine strukturierte präventive Wartung sind entscheidend für den effizienten Betrieb.
- Monitoring einführen: Wer Verbrauchsdaten kontinuierlich auswertet, erkennt Abweichungen frühzeitig und kann gezielt nachsteuern.
Häufig gestellte Fragen
Für welche Anwendungen lohnt sich ein Frequenzumrichter zur Energieeinsparung am meisten?
Am größten ist das Einsparpotenzial bei Pumpen, Lüftern und Kompressoren mit schwankendem Lastprofil, da diese ohne Drehzahlregelung meist dauerhaft mit voller Leistung laufen, selbst wenn nur ein Bruchteil davon benötigt wird.
Wie hoch ist die tatsächliche Energieersparnis in der Praxis?
Die konkrete Ersparnis hängt stark von Anwendung, bisheriger Regelungsart und Lastprofil ab. Bei stark schwankenden Lasten wie Lüftern und Pumpen mit quadratischem Lastmoment sind Einsparungen von 30 bis 50 Prozent realistisch, bei konstantem Lastmoment fällt der Effekt entsprechend geringer aus.
Amortisiert sich die Investition in einen Frequenzumrichter?
In vielen Fällen ja, besonders bei Anwendungen mit hohen Betriebsstunden und schwankender Last. Ein vorheriges Energieaudit zeigt, wie schnell sich die Investition rechnet, und Förderprogramme wie das BAFA-Programm verkürzen die Amortisationszeit zusätzlich.
Fazit
Frequenzumrichter gehören zu den wirksamsten Maßnahmen zur Senkung von Energiekosten in der industriellen Produktion. Sie bieten handfeste wirtschaftliche Vorteile, unterstützen Betriebe bei der bedarfsgerechten Auslegung ihrer Antriebe und leisten gleichzeitig einen Beitrag zur Nachhaltigkeit. Wer die Energieeffizienz seiner Anlage nachhaltig verbessern will, sollte neben der reinen Anschaffung auch Parametrierung, Wartung und Fördermöglichkeiten im Blick behalten. retrofit GmbH unterstützt Betriebe bei der Auswahl, Beschaffung und Inbetriebnahme passender Frequenzumrichter für ihre Anlagen.
