Schwerpunkte

USV-Technologien im Vergleich

Versorgungslücken schließen, Spannung halten

04. März 2020, 08:30 Uhr   |  Autor: Martin Grolms | Redaktion: Cornelia Meier | Kommentar(e)


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Monoblock oder modulare USV?

Unterschiedliche USV-Topologien und Architekturen berücksichtigen die verschiedenen Sicherheitslevels und spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Weitere wichtige Kriterien einer USV sind Energieeffizienz, Dimensionierung, Wartung, Belastbarkeit und Zuverlässigkeit, zukünftige Skalierbarkeit und natürlich die Anschaffungskosten. Als Betriebsmittel ist es besonders wichtig, die Gesamtbetriebskosten heranzuziehen. Sie sollten die Anschaffungskosten von USV und Batteriesystem sowie die erforderliche Infrastruktur, inklusive Unterverteilungen, Kabel oder Generatoren umfassen.

Darüber hinaus müssen die jährlichen Betriebskosten für Wartung, Verschleißteile und Wirkungsgrad berücksichtigt werden. Schließlich hat ein typisches USV-System eine Betriebsdauer von 10 bis 15 Jahren und mehr. Die Wahl der USV-Architektur zwischen herkömmlichen Monoblock- und modularen USV-Anlagen sowie transformatorlosen oder transformatorbasierten Systemen, kann dadurch erhebliche Unterschiede aufweisen.

Prinzipiell sind Monoblock- und modulare USV-Systeme ähnliche Architekturen und werden je nach Leistungsklasse und Anforderungen der Lasten unterschiedlich eingesetzt. Im industriellen Einsatz befinden sich derzeit etwa 80 Prozent Monoblöcke, 15 Prozent modulare USV und 5 Prozent integrierte Schaltschrank-Lösungen. Das modulare Konzept stammt aus dem Telekommunikationsmarkt und ist daher in Rechenzentren und anderen IT-Anwendungen sehr beliebt. Aktuell gewinnen allerdings modulare USV-Systeme auch in industriellen Anwendungen an Bedeutung.

Monoblocks bei genau definierter Infrastruktur

Monoblock-USVen sind in sich geschlossene Systeme und bieten wenig Spielraum hinsichtlich nachträglicher Dimensionierung der Leistung und zukünftiger Skalierbarkeit. Sie sind in Größen von weniger als 10 kVA bis etwas über 1000 kVA erhältlich. Ein Monoblock-System kann dabei einzeln oder in Parallelschaltung zur Leistungs- beziehungsweise Redundanzerhöhung eingesetzt werden, um die Ausfallsicherheit für mehrere MVA zu gewährleisten.

Die Monoblock-USVen werden für Industrieanwendungen in der Regel mit Transformatoren eingesetzt. Hier überwiegen die Vorteile durch galvanische Trennung und die saubere Ausgangsspannung. Im Störungsfall genauso wie bei Netzspannungsstörungen gewährleistet die fehlertolerante Konstruktion eine stabile Versorgung. Die Technologie bietet Robustheit und Stromversorgung für kritische Anwendungen selbst in rauen Einsatzgebieten. Gegenüber trafolosen Systemen weisen sie allerdings eine höheres Gewicht und größere Stellfläche auf. Da Industrie-USVen nicht in Reinraumumgebungen zum Einsatz kommen, sind sie meistens mit einem widerstandsfähigen Gehäuse ausgestattet, das gegen Staub und hohe Temperaturen beständig ist.

Die Auslegung der Anlage und der gesamten Unterverteilung geschieht auf vorher festgelegte Spezifikationen und lässt sich im Nachhinein nur umständlich ändern. Daher werden viele Systeme für zukünftige Anforderungen zu groß dimensioniert und laufen daher nicht im optimalen Effizienzbereich.

Modulare USV für bessere Skalierbarkeit

Modulare USVen sind in der Regel transformatorlos und damit effizienter. Ein System besteht aus mehreren intern parallel arbeitenden USV-Modulen sowie einem zentralen Bypass-Modul und Batterieanschluss. Alle Module haben die gleiche Nennleistung und können problemlos zu- beziehungsweise abgeschaltet werden. So erlaubt das modulare Konzept, die USV-Leistung flexibel an die individuellen Leistungsbedürfnisse anzupassen. Damit arbeitet die Anlage mit optimalem Wirkungsgrad.

Die einzelnen Module sind “hot-swappable“ – also bei laufendem Betrieb auswechselbar. Die verbundenen Module erkennt das USV-System automatisch und Systemerweiterungen lassen sich minutenschnell vornehmen. Dadurch ist die Wartung einfacher: Es muss jeweils nur ein Modul entnommen und anschließend wieder installiert werden. Das hat den Vorteil, dass alle Verbraucher selbst während der Wartung einzelner Module weiterhin durch die USV geschützt sind.

Die Systemleistung und die Redundanz hängen von der Anzahl der Module ab. Die automatische Lastverteilung auf alle Module innerhalb eines Systems sorgt für eine modulare n+x Redundanz, die sogar zur Lasterhöhung genutzt werden kann. Bei einem Ausfall verteilt das System die Last auf die übrigen Module und meldet den Ausfall an einen Techniker. Diese inhärente Redundanz spart Platz und Kosten, weil kein weiteres, redundantes USV-System erforderlich ist wie bei Monoblocks.

Die Spezifikation des Kunden entscheidet

Tabelle: USV-Systeme im Überblick
© AEG Power Solutions

Tabelle: Welche USV-Technologie die richtige ist, bestimmt die Spezifikation der Aufgabe.

Beide Arten von USV-Systemen können hohe Wirkungsgrade von bis zu 95,5 Prozent im Doppelwandlermodus und sogar von 98 bis 99 Prozent im Eco-Modus erzielen, bei dem allerdings der Strom nicht gefiltert wird. Modulare USV-Systeme bieten meistens einen Leerlauf- oder Ruhezustand für nicht verwendete Module, was zusätzlich die Lebensdauer verbessert.

Bei der Auswahl einer USV-Technologie sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Ein umfassender Ansatz ist wichtig, der sowohl die Investitionskosten als auch die Gesamtbetriebskosten für die gesamte Lebensdauer berücksichtigt. Abhängig von den Einsatzbedingungen, der Zuverlässigkeit und Art der zu schützenden Lasten, ergibt sich vielfach die Frage nach einer USV mit oder ohne Transformator. “Es kommt auf die Aufgabe an“, erklärt Juha Lantta, Produktmanager für Modulare USV bei AEG Power Solutions.

“Es gibt keine bessere oder schlechtere Technologie. Die Spezifikation des Kunden definiert, welche Technologie passt“, bestätigt Alain Boussant, Vertriebsleiter bei AEG Power Solutions. “Das Konzept für die Stromversorgung kritischer Lasten sollte daher bereits während des Entwurfs der Infrastruktur und der Gesamtanlage entwickelt werden.”

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