Der Stromverbrauch ist nun auch in das Blickfeld der IT-Leiter gerückt und nicht mehr allein Sache der Hauselektrik. So stellen die Hersteller von unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVs) bei Neuentwicklungen vor allem Parameter wie einen hohen Wirkungsgrad und Skalierbarkeit für eine möglichst optimale Auslastung sowie den netzrückwirkungsfreien USV-Betrieb in den Mittelpunkt. Wichtig für eine hohe Verfügbarkeit ist außerdem die Wahl der Batterien.
Moderne Online-USVs arbeiten heute ohne Transformatoren und mit einem IGBT-Gleichrichter (IGBT:
Insulated-Gate Bipolar Transistor). Sie erzielen damit nicht nur einen höheren Wirkungsgrad,
sondern benötigen auch weniger Eisen und Kupfer. So erreichen zum Beispiel die Multiplus-Systeme
von Riello heute selbst bei Halblast und darunter noch einen Wirkungsgrad von 96 Prozent. Außerdem
ist bei solchen Lösungen ein netzrückwirkungsfreier Betrieb mit Leistungsfaktorkorrektur möglich.
Und nicht nur bei Transformatoren lassen sich kritische Rohstoffe und damit Kosten einsparen. Laut
Stefan Voß, Geschäftsführer von Riello USV, gibt es auch bei Batterien Entwicklungen weg vom Blei
und hin zu Lithium-Nickel-Batterien. Derzeit soll die Automobilindustrie solche Batterien testen.
Das geschehe nicht allein aus Umweltschutzgründen, sondern auch wegen den schlecht kalkulierbaren
Preisschwankungen für Blei.
Einen speziellen Weg bei der Energie- und damit Kostenersparnis ging AEG Power Supply Systems
mit der Betriebsart Ecomode+. Der Hersteller entwickelte sie für seine dreiphasigen Online-USVs
Protect 3, 4 und 5 (bis 1000 kVA). Diese USVs sollen sich auch für das Industrieumfeld eignen, wo
speziell am Ausgang der USV Überspannungen oder Kurzschlussströme aus dem Betriebsumfeld auftreten.
Da IGBT-Wechselrichter darauf empfindlich reagieren und durchlegiert werden können, besteht die
Gefahr, dass die Gleichspannung des Zwischenkreises an den Verbrauchern anliegt und dadurch zum
Beispiel Industrie-PC- oder Steuerungsanlagen zerstört. Aus diesem Grund enthalten diese USVs
weiterhin Transformatoren am Ausgang, die eine galvanische Trennung von Zwischenkreis und Ausgang
gewährleisten. Um dennoch auf einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu kommen, entwickelte AEG die
Betriebsart Ecomode+. In diesem Modus aktivieren die USVs den Wechselrichter nur bei einer
Abweichung vom vorab spezifizierten Spannungs- oder Frequenzbereich. Ansonsten werden die
angeschlossenen Verbraucher über die integrierte parallele elektronische Umschalteinrichtung (EUE)
direkt aus dem Netz versorgt. Die Rückschaltung in den Ecomode+ erfolgt laut Herstellerangaben
automatisch und unterbrechungsfrei, und das System erzielt damit angeblich insgesamt einen
Wirkungsgrad von 98 Prozent. Laut Horst Münnich, Channel Manager bei AEG Power Supply Systems,
könne ein Anwender mit dieser Betriebsart die Energiekosten für eine 220-kVA-USV um bis zu 8500
Euro jährlich senken. Anwender, die entsprechende AEG-Systeme noch ohne diesen Modus in Betrieb
hätten, könnten sie laut Münnich damit nachrüsten.
Generell steigt der Wirkungsgrad einer USV mit ihrer Auslastung. Deshalb empfehlen Hersteller
skalierbare Systeme, mit denen der Anwender seine USV dem aktuellen Versorgungsbedarf anpassen
kann. Bei der skalierbaren Auslegung der USVs zeichnen sich zwei Lager ab: Emerson/Liebert und
Riello beispielsweise setzen auf bis zu sechs parallel geschaltete Systeme, während APC, Newave und
Effekta modulare Systeme bevorzugen. Stefan Voß, Geschäfstführer von Riello, erklärt: "Parallel
geschaltete Systeme bringen eine umfangreichere Redundanz aller Komponenten, der Anwender kauft ein
im Vergleich zu modularen Systemen preiswerteres Gerät und benötigt weniger Platz." Die Verfechter
der modularen Systeme verweisen auf eine leichter zu realisierende Redundanz von n+2 über zwei
zusätzliche USV-Module im Gerät. Zudem ließen sich einzelne Module unkompliziert im Betrieb
auswechseln. Newave etwa integrierte eine Hot-Swap-Funktion ohne Bypass. Staffen Reveman,
Geschäftsführer von Newave, erklärt das Prinzip: "Fällt ein Modul aus, wechselt das System
automatisch und ohne Bypass auf ein redundantes Modul. Der Anwender schaltet dann das defekte Modul
einfach ab, tauscht es durch ein neues aus, konfiguriert dieses wie das vorherige, schaltet es ein,
und das System setzt es automatisch wieder online." Ganz ähnlich funktionieren laut Reveman auch
Batteriewechsel oder Erweiterungen.
Die Modularität lässt sich noch weiter treiben: Rittal beispielsweise integrierte diese
modularen USVs mit eigenen Gehäusen in das Baukastensystem seiner Schränke. Damit lassen sie sich
dort laut Jörg Kreiling, Leiter des Produktmanagements Datacenter Solutions bei Rittal, nicht nur
einfach einbauen, sondern erlauben eine Unterverteilung, können für unterschiedliche IP-Schutzarten
ausgelegt und mit dem Schrankkühlsystem mitgekühlt werden.
Sowohl Reveman als auch Kreiling betonten dabei, wie wichtig es für eine hohe Verfügbarkeit des
USV-Systems sei, dass die gleichen Batterien mit gleichem Ladezustand verwendet werden, damit das
System über einen einheitlichen Innenwiderstand verfüge. In diesen Kontext passt auch die
Beobachtung von Gerd Szymczak, Vertriebsingenieur von Emerson Network Power. Er stellte fest, dass
die Nachfrage nach Batterieüberwachungen zunimmt. Das liegt seines Erachtens an den häufig
auftretenden Batterieproblemen. Szymczak schätzt, dass etwa 80 Prozent der Serviceeinsätze bei USVs
wegen Batterieproblemen nötig wurden. Batterieüberwachungen sollen hier Abhilfe schaffen. Doch für
eine sinnvolle Batterieprüfung müsse die Überwachung jede Zelle regelmäßig im Leerlauf und mit
verschiedenen Belastungen testen. Ein solches Testsystem würde etwa 5000 bis 6000 Euro kosten. Da
sei es billiger, keine No-Name-Batterien womöglich noch unterschiedlicher Hersteller einzusetzen,
sondern gleich in hochwertige Batterien mit integriertem Batterietest zu investieren und auf einen
gleichen Ladezustand zu achten.
Reveman von Newave machte neben dem Energiesparen und der Skalierbarkeit von USVs noch eine
generelle Entwicklung weg von vielen verteilten kleinen hin zu großen zentralen Rechenzentren aus.
Das läge unter anderem daran, dass Großunternehmen zunehmend Thin Clients einsetzten. Bezogen auf
den USV-Markt zeigt sich für ihn, dass immer seltener kleine USVs zur Absicherung einzelner
Arbeitsplätze zu finden seien, sondern vermehrt zentrale USVs nachgefragt würden. Hinzu kommt, laut
Reveman, dass die kleinen USVs mit preiswerter Technik und billigen Batterien ausgestatten sind und
mehr als die Hälfte dieser Systeme im Ernstfall nicht funktionieren. Zentrale Systeme seien dagegen
deutlich zuverlässiger und einfacher zu warten. Auf diesen Trend beruft sich auch APC/MGE mit
seinen Infrastruxure-Lösungen. Dabei können USV-Module in 25-kW-Schritten in ein Schranksystem mit
jeweils 500 kW redundanter Versorgungsleistung integriert und vier solcher Schränke in Form einer
Warmgangeinhausung gekoppelt werden.
Ein Dauerthema bei USVs ist das netzrückwirkungsfreie Arbeiten der USV. Gerd Szymczak erklärt
die Problematik: "In der Regel ziehen die Netzteile in Servern und Endgeräten auch Strom im
kapazitiven Bereich und reduzieren damit die optimale Sinuswelle aus dem USV-Ausgang mit einem
idealen Cosinus Phi von 1 auf ein Cosinus Phi von 0,8 und damit auch die Ausgangsleistung.
Berücksichtigt die USV diesen Effekt mit einem Derating-Faktor und setzt der Anwender eine
entsprechend höher dimensionierte USV ein, erhält er zum Beispiel mit einer USV mit 100 kVA
Nennleistung auch bei einem Cosinus Phi von 0,8, hervorgerufen durch kapazitive und induktive
Lasten, noch eine Leistung von 80 kW."
Darüber hinaus sollte seines Erachtens ein Betreiber darauf achten, dass beim Umschalten auf den
Generatorbetrieb die Systeme verzögert anlaufen und langsam hochfahren, damit die Anlaufströme von
Fahrstühlen und anderen Verbrauchern den Generator nicht überlasten. Dies wird bei Testszenarien
meist nicht berücksichtigt und kann im Ernstfall zu Ausfällen führen.
Rainer Schmeh, Geschäftsführer von Effekta, sieht bei seinem Unternehmen neben den
allgegenwärtigen Energiesparpunkten auch eine erhöhte Nachfrage nach Sonderlösungen, etwa für
Außenanlagen, für besondere Abmaße oder Varianten mit kleinen Änderungen in der Signalisierung.
Solche Sonderlösungen rechnen sich laut Schmeh schon ab 20 Stück, bei Spezialgehäusen ab 50.
Darüber hinaus bietet Effekta Anbindungen an eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle an. Diese
sei zwar relativ teuer, biete aber eine unbegrenzte Batterielaufzeit und benötige weniger Platz als
ein Generator. Für Inselanbindungen sei zudem eine Versorgung über Solarenergie möglich.
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