Unterbrechungsfreie Strom­versorgung

SFC Energy ist ein führender Anbieter von Direktmethanol- und Wasserstoff-Brennstoff­zellen. Wir fertigen außerdem hybride Energie­lösungen für Wohn- und Industrieanwendungen. Die Anwendung der unterbrechungsfreien Strom­versorgung unserer Brennstoff­zellentechnologie gewährleistet zuverlässige netzunabhängige Energie für kritische Infrastrukturen, abgelegene Standorte und Backup-Energiesysteme.

Was ist unter einer unterbrechungsfreien Strom­versorgung zu verstehen

Eine unterbrechungsfreie Strom­versorgung (USV) versorgt elektrische Geräte bei einem Ausfall der Strom­versorgung mit Energie. Wie funktioniert eine unterbrechungsfreie Strom­versorgung? Welche verschiedenen Klassen von USVs gibt es? Welche USVs bietet SFC an?

All das und mehr erfahren Sie im folgenden Artikel.

Erklärung zur unterbrechungsfreien Strom­versorgung

Eine unterbrechungsfreie Strom­versorgung ist ein Gerät, das ein elektronisches Gerät mit Strom versorgt, wenn die primäre Energiequelle ausfällt. Ausfälle können beispielsweise in Form von kurzfristigen Unterbrechungen und Schwankungen auftreten. USV-Systeme bieten zudem Schutz vor Überspannung und Unterspannung.^[1] Zu diesem Zweck wird die USV zwischen die Strom­versorgungsleitungen der jeweiligen Geräte oder Systeme geschaltet.

Unterbrechungsfreie Strom­versorgung – wann und warum wird sie eingesetzt?

Im Gegensatz zu Notstromaggregaten werden unterbrechungsfreie Strom­versorgungen in der Regel nur für kurze Zeiträume eingesetzt. USVs kommen überall dort zum Einsatz, wo Stromstörungen zu lebensbedrohlichen, kritischen Situationen führen können. Typische Anwendungen sind daher Computer in Rechenzentren und Krankenhäusern sowie in Behörden und anderen sicherheitsrelevanten Bereichen. Heutzutage finden sich USV-Strom­versorgungen jedoch zunehmend auch in kleinen und mittleren Unternehmen sowie in Privathaushalten. Grund für die zunehmende Verbreitung ist der wachsende Bedarf, Kommunikations- und IT-Geräte kontinuierlich mit Strom zu versorgen.^[2] USVs werden häufig eingesetzt, um Datenverlust bei Stromausfall zu verhindern. Sie 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 sind batteriebasierte USVs zu finden. Die meisten USVs verfügen daher über einen Akku, der über das Stromnetz geladen wird. Die Batterieleistung einer USV beträgt in der Regel mindestens 300 VA (Voltampere), kann aber bis zu mehreren hundert VA steigen. Die Leistung hängt dabei hauptsächlich von der Belastbarkeit der Stromwandler ab. Die Kapazität der Batterien bestimmt die maximale Überbrückungszeit, die je nach Bedarf und Zweck von wenigen Sekunden bis zu mehreren Stunden reichen kann. Ist der Bedarf an Leistung und Überbrückungszeit sehr hoch, werden Stromaggregate eingesetzt, um die Akkus nachzuladen.^[3]

Das Laden erfolgt über einen sogenannten Gleichrichter auf der Eingangsseite des Systems. Dieser wandelt den Wechselstrom aus dem Stromnetz in Gleichstrom um. Fällt die reguläre Strom­versorgung aus, übernimmt die Batterie die Energieversorgung. Der Wechselrichter auf der Ausgangsseite wandelt dann den Gleichstrom aus der Batterie wieder in Wechselstrom um.^[3]

Die Art der Batterie hängt von der Größe und Kapazität des USV-Systems ab. Kompakte USVs, die in Privathaushalten oder kleinen Büros eingesetzt werden, verfügen meist über kleine Blei-, Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Akkus. Große USV-Systeme, wie sie in Krankenhäusern verwendet werden, nutzen deutlich mehr Bleiakkus, oft mehrere hundert Stück.^[3]

Verschiedene Klassen von unterbrechungsfreien Strom­versorgungen

Welche unterschiedlichen Stufen von USVs gibt es?

USVs basieren auf unterschiedlichen Technologien und lassen sich entsprechend in verschiedene Klassen einteilen. Welche Klasse für die Anwendung geeignet ist, hängt vom jeweiligen Schutzbedarf ab. Folgende Schutzklassen für USVs werden angeboten:

• Klasse 1: Online-USVs
• Klasse 2: Line-interactive- oder netzinteraktive USVs
• Klasse 3: Offline-USVs

Online- oder Doppelwandler-Systeme (Klasse 1) eignen sich besonders zur Absicherung geschäftskritischer Anwendungen. Obwohl USVs dieser Bauart etwas teurer sind als die beiden anderen Technologien, benötigen sie bei einem Stromausfall keine Umschaltzeiten. Online-USVs versorgen die angeschlossenen Geräte daher unterbrechungsfrei mit Wechselstrom und gleichen Stromausfälle, Unter- und Überspannungen, Frequenzschwankungen oder Störeinflüsse aus. Hier kommt das Doppelwandlungsverfahren zum Einsatz. Die Netzspannung wird kontinuierlich in Gleichspannung umgewandelt und fließt dann über die Batterie durch einen Wechselrichter. So wird ständig Wechselstrom erzeugt, der die Verbrauchsgeräte versorgt. Der Strom fließt also dauerhaft durch die USV. Nachteil: Durch den Dauerbetrieb haben die Geräte eine vergleichsweise kurze Lebensdauer und einen eher niedrigen Wirkungsgrad von maximal 90 Prozent.

Die kostengünstigen Offline- oder Standby-Systeme (Klasse 3) eignen sich vor allem für einzelne Computer. Grund: Sie schützen nur vor vollständigen Stromausfällen und kurzen Spannungsschwankungen. Sinkt die Spannung auf einen bestimmten Wert, schalten die Systeme auf Batteriebetrieb um. Dieser Schritt kann Verzögerungen von bis zu zehn Millisekunden mit sich bringen – die die angeschlossenen Geräte ohne Funktionsverlust verkraften müssen. Da die Geräte nicht im Dauerbetrieb laufen, sondern im Normalbetrieb nur die Batterie laden, punkten sie mit langer Lebensdauer und hohem Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent.

Netzinteraktive USVs (Klasse 2) basieren auf einer Hybridtechnologie. Sie sind leistungsfähiger oder bieten mehr Schutz als Offline-Systeme, aber weniger als Online-USVs. Sie sind daher weniger für empfindliche Verbraucher und für Regionen mit häufigen Spannungsschwankungen geeignet. Die Systeme versorgen die angeschlossenen Geräte mit Netzspannung und können Spannungsspitzen und -abfälle ausgleichen. Im Vergleich zu Offline-Systemen haben netzinteraktive USVs um zwei bis vier Millisekunden kürzere Reaktionszeiten. Ihr Wirkungsgrad liegt bei 95 bis 98 Prozent, was ihren Energieverbrauch vergleichsweise niedrig macht.^[4]

Empfohlene Mindestleistung einer unterbrechungsfreien Strom­versorgung

Welche Mindestleistung sollte eine USV haben?

Neben der Überbrückungszeit ist die Mindestleistung ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl der passenden USV. Welche Leistung eine USV haben sollte, hängt vom Verwendungszweck ab. Schließlich muss das System Stromstörungen überbrücken können, bis das Notstromaggregat übernimmt. Die erforderliche Mindestleistung lässt sich aus den Volt- und Amperewerten des zu schützenden Geräts berechnen. Die Werte sind meist auf dem Typenschild des Geräts zu finden. Die Multiplikation von Volt und Ampere ergibt die „Scheinleistung“ des Geräts in Voltampere (VA). Um die Mindestleistung der USV zu bestimmen, addieren Sie die berechneten VA-Werte aller zu schützenden Geräte. Achten Sie beim Kauf einer USV darauf, dass deren Leistung diesen Wert nicht unterschreitet.^[5]

Strom­versorgung USV mit SFC Energy

USV-Hersteller SFC produziert Wasserstoff- und Direktmethanol-Brennstoff­zellen, die als Stromerzeuger für zahlreiche mobile und stationäre Anwendungen dienen. Die Energie­lösungen sind je nach Verwendungszweck mit unterschiedlichen Leistungen ausgestattet und erzeugen zuverlässig USV-Strom – für temporäre Anwendungen ebenso wie für den Dauerbetrieb.

Sie möchten eine USV kaufen? SFC Energy bietet eine Vielzahl von Brennstoff­zellen für unterschiedliche Anforderungen. Während die EFOY-Modelle sich besonders für temporäre Einsätze, geringe Leistungsanforderungen oder solarbetriebene Installationen eignen, kommen die EFOY Pro-Modelle für komplett autarke Anwendungen, höhere Leistungsanforderungen und den Dauerbetrieb zum Einsatz. EFOY Pro wird beispielsweise auch zur Kompensation geringer Solarleistung genutzt. Beide Serien können im Hybridbetrieb verwendet werden.

Die EFOY Wasserstoff-Brennstoff­zelle ergänzt das SFC-Produktportfolio um eine leistungsstarke Energie­lösung. Die EFOY Wasserstoff-Brennstoff­zelle wird ebenfalls für die Backup-Strom­versorgung eingesetzt – und kann die Strom­versorgung bei Netzausfall sicherstellen. Typische Einsatzbereiche sind kritische Infrastrukturen oder Notstromversorgung im Bereich Mobilfunk oder Smart Traffic.^[6]

Fazit

Ob beschädigte Hardware oder zerstörte Daten – USVs schützen vor den Folgen von Stromstörungen und -ausfällen. Nur eine nach den Bedürfnissen des Nutzers ausgewählte USV bietet den nötigen Schutz. Ob es eine Online-, Offline- oder Hybridvariante sein soll, hängt vom jeweiligen Einsatzbereich und den zu schützenden Geräten ab. Während Offline-Systeme Umschaltzeiten von bis zu zehn Millisekunden haben und sich besonders für kleine Verbraucher eignen, überzeugen Online-USVs mit sofortigem Umschalten vom Netz- auf Batteriebetrieb und ihrer Eignung für besonders empfindliche Geräte. Hybridsysteme erreichen Umschaltzeiten von zwei bis vier Millisekunden und können für einzelne PCs und Kommunikationsgeräte eingesetzt werden. Der Kauf einer USV sollte daher gut überlegt und auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmt sein.