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Unterbrechungsfreie Stromversorgung: Welcher Batterietyp darf es sein?

Wenn es um die Infrastruktur von Rechenzentren geht, haben Diskussionen über die richtige Batterie in Unterbrechungsfreien Stromversorgungen ganz sicher nicht die allerhöchste Priorität. Sich jedoch zur richtigen Zeit über alternative Möglichkeiten zu informieren, kann Zeit, Geld und Ärger sparen.

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Der Lithium-Ionen-Akku hat - abhängig von der Umgebungstemperatur - eine längere Lebensdauer als der ventilgeregelte Blei-Säure-Akku (VLRA). Annahmen: Entladung mit konstanter Leistung, Ladung mit konstanter Spannung, 24 Kurzzeitentladungen/Jahr für die Überwachung des Batteriestatus, zwei vollständige Entladungen/Jahr bei Netzausfällen.

Der Batterietyp, der bisher in Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) am weitesten verbreitet ist, ist sicherlich die Standard-VRLA-Akku (Valve Regulated Lead Acid) – ein ventilgeregelter Blei-Säure-Akku, kurz Blei-Akku genannt. Diese Batterie erfreut sich großer Beliebtheit, hauptsächlich aufgrund ihrer wettbewerbsfähigen Preise sowie der Möglichkeit, sie in verschiedensten Anwendungssituationen einzusetzen. Extreme Preisunterschiede gehören inzwischen der Vergangenheit an.

Allerdings gibt es auf dem Markt für USV-Batterien echte Alternativen. Dazu gehört die Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion). Diese Technologie ist nicht neu, aufladbare Li-Ion-Akkus kommen bereits seit vielen Jahren vor allem im Bereich der Consumer-ITK sowie im Bereich der Mobilität zum Einsatz. Allerdings war ihr Einsatz aufgrund des vergleichsweise hohen Investments bisher auf nur wenige USV-Installationen beschränkt.

Die Rentabilität von Li-Ion-Akkus in der USV steigt jedoch durch die geringeren Gesamtbetriebskosten (TCO – Total Cost of Ownership). Vergleichsrechnungen zeigen, dass bei einer 400 kVA-Konfiguration und einem Zeitraum von zehn Jahren die Gesamtbetriebskosten der Lithium-Akkus bei 160 Prozent liegen, die der Bleib-Akkus bei 200 Prozent. Das gilt unter der Annahme, dass ein üblicher Blei-Akku nach etwa acht Jahren ausgetauscht werden muss, während der Lithium-Akku über eine erweiterte Gebrauchsdauer verfügt.

Höhere Leistungsdichte, weniger Platzbedarf

Generell bieten Li-Ion-Akkus für die Anwendung im Rechenzentrum eine Menge Vorteile: Im Vergleich zum Blei-Akku weisen sie eine deutlich höhere Energiedichte auf und speichern auf diese Weise mehr Energie bei weniger Stellfläche. Sie haben außerdem eine zwei bis drei Mal längere Lebensdauer und bieten einen größeren Spielraum, was die Umgebungstemperatur betrifft. So können Rechenzentrumsverantwortliche auch bei den Kosten für die Raumklimatisierung sparen. Außerdem weist der Li-Ion-Akku kürzere Ladezeiten und langsamere Selbstentladungszeiten auf, was sowohl die Lagerfähigkeit als auch die Lebensdauer verlängert.

Diese Kriterien sollten bei der Entscheidung pro oder contra Li-Ion auf jeden Fall Beachtung finden:

  • CAPEX versus OPEX: Trotz anfänglich hoher Investitionskosten, weisen die Lithium-Ionen-Akkus eine um bis zu zehn Prozent niedrigere Total Cost of Ownership (TCO) auf. Grund dafür ist die längere Gebrauchsdauer der Akkus gegenüber herkömmlichen Optionen. Das führt unter bestimmten Voraussetzungen zu niedrigeren Betriebskosten (OPEX).
  •  Passt die Technologie zum Rechenzentrum?: Spezielle Anforderungen des Rechenzentrums sind ebenfalls ein wichtiges Kriterium bei der Entscheidung. Li-Ion-Akkus sind kleiner –  bei mehr oder gleicher Kapazität. Deshalb eignet sich diese Technologie insbesondere für mehrstöckige Gebäude, Rechenzentren mit wenig Platz und für Kapazitätserweiterungen, wenn kein zusätzlicher Raum zur Verfügung steht. Da die Li-Ion-Batterie einen breiteren Temperaturbereich verträgt, eignet sie sich zum Beispiel auch für Hochleistungsanlagen und hohe Umgebungstemperaturen.
  •  Flexibilität gewinnt: Lithium-Ionen-Akkus bieten im Vergleich zu herkömmlichen Pendants mehr Flexibilität, was die Überbrückungszeit angeht. Ist zum Beispiel absehbar, dass sich die Laufzeiten in Zukunft ändern, sollten Unternehmen von Anfang an die flexiblere Technologie wählen, die mit kurzen und langen Laufzeiten kompatibel ist.

Lithium-Ionen-Akkus in der Praxis

Aktuelle Tests haben die Kompatibilität und Eignung der neuesten Lithium-Ionen-Modelle für Hochleistungs-USV-Lösungen bestätigt. Im Niedrigenergiebereich zeigten Akkus deutlich längere Laufzeiten als erwartet. Gleichzeitig konnten um 25 Prozent kürzere Ladezeiten im Vergleich zum Blei-Akku gemessen werden. Auch das kompakte Design der Batterien zeigte sich in der Praxis als Vorteil. Die „kleinen Powerpakete“ benötigen zum Beispiel um bis zu 70 Prozent weniger Stellfläche und haben auch bis zu 70 Prozent weniger Gewicht.

Die Möglichkeit, über die USV-Lösungen den aktuellen Ladestatus der Akkus zu überprüfen, ist ebenfalls ein Argument für die Lithium-Ionen-Technologie. Denn diese Energiespeicher sind standardmäßig mit einem Battery Management System (BMS) ausgestattet, was das kontinuierliche Monitoring jeder einzelnen Einheit in Bezug auf Spannung, Stromstärke, Zyklen, Temperatur und Innenwiderstand ermöglicht. Auf diese Weise wird auch die Wartung, Diagnose und Reparatur der Akkus deutlich einfacher.

Dr. Peter Koch ist VP Solutions Racks & Integrated Solutions bei Vertiv