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Energiewende in der Edge

17. September 2018, 11:19 Uhr   |  Autor: Christian Stolte / Redaktion: Axel Pomper

Energiewende in der Edge
© Sebastien Decoret - 123RF

Durch die zunehmende Verbreitung von Edge-Computing-Standorten nimmt die Bedeutung der sicheren Stromversorgung auch bei kleinen Edge-Endpunkten drastisch zu. Dabei sind mittlerweile alle Vorteile, welche die Lithium-Ionen-Akkus bieten, auch bei kleineren einphasigen USV-Anlagen nutzbar.

In vielen mobilen Endgeräten, aber auch im Automobilsektor sind Lithium-Ionen-Akkus längst zum Standard avanciert. Und das nicht ohne Grund, bieten diese doch entscheidende Vorteile: eine deutlich verlängerte Lebensdauer, geringeres Gewicht und Volumen sowie eine hohe Wärmebeständigkeit. Dank dieser Eigenschaften sind Lithium-Ionen-Akkus geradezu prädestiniert für den Einsatz in dezentralen USV-Anlagen.

Lithium-Ionen-USV in der Edge

Bei einer Edge-Infrastruktur werden latenzkritische Daten und Anwendungen aus der primären Cloud ausgelagert und an Standorten, die geografisch näher am Anwender liegen, abgelegt. Daraus resultieren geringere Latenzen und eine verbesserte Übertragungsgeschwindigkeit. Nicht jeder genutzte Standort muss dabei ein komplettes Rechenzentrum sein, kleine Edge-Endpunkte können auch aus einem IoT-System, einem Micro-Datacenter oder nur aus einem einfachen Computer bestehen.

Auch bei kleinen IT-Infrastrukturen in der Edge ist der Einsatz eines USV-Systems unabdingbar, um eine möglichst hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten. Leistungsstarke, mit Lithium-Ionen-Akkus bestückte USV-Systeme waren allerdings bisher ausschließlich großen Rechenzentren mit einer dreiphasigen Infrastruktur vorbehalten. Mittlerweile gibt es auch erste einphasige USVs.

Lithium-Ionen vs. VRLA: Die Vorteile

Im Vergleich zu VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid Battery) Stromspeichern soll die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Energiezellen signifikant höher ausfallen. Dabei bestimmt die sogenannte Zyklenlebensdauer die Lebensspanne einer Batterie. Sie bezeichnet den Zeitraum, an dem der Akku nur noch über 80 Prozent seiner Ausgangs-kapazität verfügt. Wenn dieser Wert erreicht oder unterschritten wird, ist das Ende der Lebensdauer erreicht und der Stromspeicher sollte ersetzt werden. Während die klassischen VRLA-Batterien etwa alle drei bis sechs Jahre ausgetauscht werden müssen, ist eine Erneuerung von Lithium-Ionen-Akkus nur etwa alle zehn Jahre notwendig. Durch diesen höheren Lebenszyklus werden die Wartungskosten erheblich reduziert sowie eventuell auftretende Betriebsstörungen während des Austauschs der Batterien unterbunden.

Im Unterschied zu VRLA-Akkus weisen Lithium-Ionen-Zellen darüber hinaus eine deutlich höhere Energiedichte auf. Das hat zur Folge, dass eine USV, die mit Lithium-Ionen-Akkus ausgerüstet ist, bei gleicher Leistung wesentlich geringere Abmessungen sowie ein geringeres Gewicht aufweisen soll. Das kann letztlich den Unterschied ausmachen, ob für einen kleinen Edge-Endpunkt ein großes Serverrack benötigt wird oder ob ein kleiner 19-Zoll-Wandschrank bereits ausreicht. Gerade bei kleinen Edge-Standorten kann sich bereits durch den verringerten Platzbedarf ein Einsparpotenzial gegenüber VRLA-USVs ergeben. Bei USV-Systemen, die auf VRLA-Batterien setzen, sind Batterie-Monitoring-Systeme (BMS) zudem zusätzlich erhältlich. Bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren gehört ein solches System dagegen oftmals zum Standard, da der Lade- und Entladevorgang schon aus Sicherheitsgründen exakt gesteuert werden muss, um kritische Temperaturen im Inneren der Zelle zu vermeiden.

Auch die Umgebungstemperatur hat eine entscheidende Auswirkung auf die Lebensdauer der in USV-Systemen eingesetzten Batterien. So soll die Temperatur von VRLA-Akkus stets unter 25 Grad Celsius bleiben, um eine vorzeitige Alterung zu vermeiden. Um in dem genannten Temperaturbereich zu bleiben, sind in den meisten Fällen spezielle Vorkehrungen hinsichtlich Kühlung und Klimatisierung unumgänglich. Der Einbau eines Seitenkühlmoduls kann beispielsweise leicht mit einem fünfstelligen Betrag zu Buche schlagen, von der Anschaffung einer kompletten RZ-Klimaanlage ganz zu schweigen. Viele Lithium-Ionen-Batterien können dagegen auch zuverlässig bis zu einer Temperatur von 40 Grad Celsius betrieben werden, ohne dass sich die Lebensdauer verringert. Mittlerweile werden auch Server angeboten, die ebenfalls eine gefahrlose Betriebstemperatur von 40 Grad Celsius ermöglichen. In Kombination mit einer Li-Ion-USV können so die Anforderung an Klimatisierung und Kühlung sinken. Bei einem kleinen Edge-Endpunkt, der beispielsweise lediglich aus einem Micro-Datacenter besteht, kann in einigen Fällen komplett auf zusätzliche Kühl- und Klimatisierungsmaßnahmen verzichtet werden.

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2. VRLA vs. Lithium-Ionen: Eine Rechnung

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