Unterbrechungsfreie Strom­versorgung

SFC Energy ist ein führender Anbieter von Direktmethanol- und Wasserstoff-Brennstoff­zellen. Außerdem fertigen wir hybride Energie­lösungen für private und industrielle Anwendungen. Unsere Brennstoff­zelle und deren Technologie kann für die unterbrechungsfreie Strom­versorgung genutzt werden.

Was ist unter einer Unterbrechungsfreien Strom­versorgung zu verstehen?

Eine unterbrechungsfreie Versorgung (USV) – im Englischen als UPS (Uninterruptible Power Supply) bezeichnet – versorgt elektrische Geräte im Falle von Störungen der Energieversorgung mit Strom. Sie fungiert dabei als unabhängige Strom­versorgung. Wie funktioniert eine Unterbrechungsfreie Strom­versorgung? Welche unterschiedlichen Klassen gibt es bei Unterbrechungsfreien Strom­versorgungen? Welche Unterbrechungsfreien Strom­versorgungen bietet SFC an?

All das und mehr verrät der folgende Artikel.

Unterbrechungsfreie Strom­versorgung Erklärung

Unter einer unterbrechungsfreien Strom­versorgung versteht man eine Vorrichtung, die ein elektronisches Gerät dann mit Strom versorgt, wenn die primäre Stromquelle ausfällt. Störungen können zum Beispiel in Form von kurzfristigen Ausfällen und Schwankungen auftreten. USV-Anlagen bieten zudem Schutz vor Über- und Unterspannung.^[1] Dafür schaltet man die USV zwischen die Stromzuleitung der jeweiligen Geräte oder Anlagen.

Unterbrechungsfreie Strom­versorgung – wann und warum wird sie eingesetzt?

Im Unterschied zu Notstromaggregaten werden unterbrechungsfreie Strom­versorgungen normalerweise lediglich für kurze Zeiträume eingesetzt. Verwendung finden die unterbrechungsfreien Strom­versorgungen überall dort, wo Stromstörungen zu lebensbedrohlichen, kritischen Zuständen führen können. Typische Einsatzgebiete von unterbrechungsfreien Strom­versorgungen sind daher Computer in Rechenzentren und Krankenhäusern sowie in Behörden und anderen sicherheitsrelevanten Bereichen. Heutzutage findet man USV-Strom­versorgungen aber immer öfter auch in kleinen und mittelständischen Unternehmen sowie in privaten Haushalten, zum Beispiel als unterbrechungsfreie Strom­versorgung mit 230V. Grund für die zunehmende Verbreitung ist der steigende Bedarf, Geräte der Kommunikations- und IT-Technik kontinuierlich mit Strom zu versorgen.^[2] Häufig dienen unterbrechungsfreie Strom­versorgungen dazu, im Falle eines Stromausfalls Datenverluste zu vermeiden. Unterbrechungsfreie Strom­versorgungen halten den Betrieb der jeweiligen Computersysteme lange genug aufrecht, um wichtige Daten zu speichern und die Systeme herunterzufahren.^[3]

Aufbau einer
unterbrechungsfreien Strom­versorgung

Wie ist eine Unterbrechungsfreie Strom­versorgung aufgebaut?

Am häufigsten zu finden sind batteriegestützte USVs. Die meisten unterbrechungsfreien Strom­versorgungen verfügen also über einen Akkumulator, der durch Netzstrom aufgeladen wird. Die Akkuleistung einer USV beträgt in der Regel mindestens 300 VA (Volt Ampere), kann aber auf bis zu mehrere Hundert VA steigen. Dabei hängt die Leistung vor allem von der Belastbarkeit der Stromrichter ab. Die Kapazität der Akkus bestimmt die maximale Überbrückungszeit, die sich je nach Bedarf und Einsatzzweck auf wenige Sekunden bis mehrere Stunden beläuft. Ist der Bedarf an Leistung und Überbrückungszeit sehr hoch, setzt man Strom­erzeugungsaggregate ein, die die Akkumulatoren wieder aufladen.^[3]

Die Aufladung erfolgt über einen sogenannten Gleichrichter an der Eingangsseite der Anlage. Dieser wandelt den Wechselstrom aus dem Stromnetz in Gleichstrom um. Kommt es zum Ausfall der regulären Strom­versorgung, übernimmt der Akku die Energieversorgung. Der auf der Ausgangsseite befindliche Wechselrichter wandelt den vom Akku ausgehenden Gleichstrom dann wieder in Wechselstrom um.^[3]

Die Beschaffenheit des Akkus hängt von der Größe und Leistungsfähigkeit der USV-Anlage ab. So verfügen kompakte unterbrechungsfreie Strom­versorgungen, die in Privathaushalten oder kleineren Büros zum Einsatz kommen, meist über kleine Blei-Akkus, Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Akkus. Große USV-Anlagen namhafter Hersteller, wie sie beispielsweise in Krankenhäusern Verwendung finden, arbeiten mit weitaus mehr, oft sogar mehreren hundert Blei-Akkus.^[3]

Unterschiedliche Klassen
unterbrechungsfreier Strom­versorgungen

Welche unterschiedlichen Stufen gibt es bei Unterbrechungsfreien Strom­versorgungen?

Unterbrechungsfreie Strom­versorgungen basieren auf verschiedenen Technologien und lassen sich dementsprechend in unterschiedliche Klassen einteilen. Welche Klasse die richtige für den Einsatzzweck ist, hängt vom jeweiligen Schutzbedarf ab. Folgende Schutzklassen für unterbrechungsfreie Strom­versorgungen werden angeboten:

• Klasse 1: Online-USVs
• Klasse 2: Line-Interaktive beziehungsweise Netzinteraktive USVs
• Klasse 3: Offline-USVs

Online- oder Double-Conversion-Anlagen (Klasse 1) eignen sich insbesondere für die Sicherung geschäftskritischer Anwendungen. Zwar sind unterbrechungsfreie Strom­versorgungen dieser Art etwas teurer als die beiden anderen Technologien, dafür brauchen sie im Falle einer Netzstörung keine Umschaltzeiten. Online-USVs versorgen die angeschlossenen Geräte also ununterbrochen mit Wechselspannung und gleichen damit Stromausfälle, Unter- und Überspannungen, Frequenzschwankungen oder Rauscheinflüsse aus. Anwendung findet hierbei die Double-Conversion-Methode. Die Netzspannung wandelt sich kontinuierlich in Gleichspannung um und fließt anschließend über die Batterie durch einen Wechselrichter. So wird konstant Wechselspannung erzeugt und versorgt dann die Verbrauchsgeräte. Der Strom fließt also permanent durch die Unterbrechungsfreie Strom­versorgung. Einziger Nachteil: Aufgrund des Dauerbetriebs haben die Geräte eine vergleichsweise kurze Lebensdauer und einen recht niedrigen Wirkungsgrad von höchstens 90 Prozent.

Die preisgünstigen Offline- oder Standby-Systeme (Klasse 3) eignen sich vor allem für einzelne Computer. Der Grund: Sie schützen lediglich gegen komplette Stromausfälle und kurze Spannungsschwankungen. Sinkt die Spannung auf einen bestimmten Wert, wechseln die Anlagen zum Batteriebetrieb. Dieser Schritt kann Verzögerungen von bis zu zehn Millisekunden mit sich ziehen - die die angeschlossenen Geräte ohne Funktionsausfall verkraften müssen. Da die Geräte nicht kontinuierlich im Einsatz sind, sondern im Normalbetrieb nur den Akku aufladen, punkten sie mit einer langen Lebensdauer und einem hohen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent.

Netzinteraktive unterbrechungsfreie Strom­versorgungen (Klasse 2) basieren auf einer hybriden Technologie. Sie sind leistungsfähiger beziehungsweise bieten mehr Schutz als Offline-Systeme, jedoch weniger als Online-USVs. Für sensible Verbraucher sowie für Regionen mit häufigen Spannungsschwankungen sind sie daher weniger geeignet. Die Anlagen versorgen die angeschlossenen Geräte mit Netzspannung und können Spannungsspitzen und -abfälle ausgleichen. Im Vergleich zu Offline-Systemen verfügen netzinteraktive USVs über Reaktionszeiten, die zwei bis vier Millisekunden kürzer sind. Ihr Wirkungsgrad beträgt 95 bis 98 Prozent, womit ihr Energieverbrauch vergleichsweise gering ist.^[4]

Empfohlene Mindestleistung einer
unterbrechungsfreien Strom­versorgung

Welche Mindestleistung sollte eine
Unterbrechungsfreie Strom­versorgung haben?

Neben der Überbrückungszeit ist die Mindestleistung ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Auswahl der passenden unterbrechungsfreien Strom­versorgung. Welche Leistung eine USV haben sollte, hängt vom jeweiligen Einsatzzweck ab. Schließlich muss die Anlage Stromstörungen so lange überbrücken können, bis das Notstromaggregat übernimmt.
Die notwendige Mindestleistung lässt sich anhand der Volt- und Ampere-Werte des zu sichernden Geräts errechnen. In der Regel kann man die Werte vom Typenschild des Geräts ablesen. Multipliziert man Volt- und Amperezahl miteinander, erhält man die "Scheinleistung" des Geräts in der Einheit Voltampere (VA). Um die Mindestleistung der USV zu bestimmen, addiert man nun die errechneten Voltampere-Werte sämtlicher zu sichernden Geräte. Beim Kauf einer unterbrechungsfreien Strom­versorgung ist also darauf zu achten, dass ihre Leistung diesen Wert nicht unterschreitet.^[5]

Strom­versorgung USV mit SFC Energy

SFC produziert Wasserstoff- und Direktmethanol-Brennstoff­zellen, die als Stromerzeuger für zahlreiche mobile und stationäre Anwendungsfälle dienen. Die Energie­lösungen sind je nach Einsatzzweck mit unterschiedlichen Leistungen ausgestattet und erzeugen zuverlässig USV-Strom.

Sie möchten eine USV-Anlage kaufen? SFC Energy bietet eine Vielzahl an Brennstoff­zellen für unterschiedliche Nutzungsanforderungen. Während sich die EFOY-Modelle bestens für temporäre Einsätze, niedrigen Leistungsbedarf, oder auch solarbetriebene Installationen eignen, werden die EFOY-Pro-Modelle für gänzlich autarke Anwendungen, höheren Leistungsbedarf und den Dauerbetrieb eingesetzt. EFOY Pro dient so beispielsweise auch dem Ausgleich geringer Solarleistungen. Beide Serien können im Hybrid-Betrieb genutzt werden.

Die EFOY Hydrogen Wasserstoff-Brennstoff­zelle ergänzt das SFC-Produktportfolio mit einer hoch leistungsfähigen Energie­lösung. Die EFOY Hydrogen Fuel Cell dient ebenfalls der Back-up-Strom­versorgung - und ist in der Lage, die Strom­versorgung im Falle eines Netzausfalls sicherzustellen. Typische Einsatzgebiete sind kritische Infrastrukturen oder die Notstromversorgung im Bereich Mobilfunk oder Smart Traffic.^[6]

Fazit

Ob beschädigte Hardware oder zerstörte Datenbestände - unterbrechungsfreie Strom­versorgungen schützen vor den Folgen von Stromstörungen und -ausfällen. Dabei bietet nur eine am Bedarf des Nutzers ausgewählte USV den nötigen Schutz. Ob es eine Online-, Offline oder hybride Variante sein soll, hängt vom jeweiligen Einsatzgebiet und den zu sichernden Geräten ab. Während Offline-Anlagen über Umschaltzeiten von bis zu zehn Millisekunden verfügen und sich vor allem für Kleinverbraucher eignen, überzeugen Online-USVs mit sofortiger Umstellung von Netz- auf Akkubetrieb und ihrer Eignung für besonders sensible Geräte. Hybride Systeme erreichen Umschaltzeiten von zwei bis vier Millisekunden und können für einzelne PCs und Kommunikationsgeräte eingesetzt werden. Der Kauf einer unterbrechungsfreien Strom­versorgung sollte also gut überlegt und am jeweiligen Anwendungsbedarf ausgerichtet sein.