USV-Anlagen So berechnen Sie die Gesamtkosten einer USV richtig

Redakteur: Ines Stotz

USV-Anlagen erschrecken nicht selten durch hohe Investitionskosten. Schnell bekommt da ein mehrere tausend Euro günstigeres Angebot den Vorzug. Doch neben der Anfangsinvestition ziehen USVs über die gesamte Laufzeit hohe Folgekosten nach sich. Da zahlt sich ein ganzheitlicher Ansatz aus, das auf den ersten Blick billigste Angebot ist nämlich selten auch das günstigste.

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Die Kosten für elektrische Energie sind in den letzten Monaten steil angestiegen, folglich sollten die Folgekosten bei großen Stromverbrauchern wie USVs (unterbrechungsfreie Stromversorgung) nicht vernachlässigt werden. USVs sind teuer. Vor allem dann, wenn es sich um Systeme für einen Serverraum oder eine große Anlage im Maschinenbau handelt.

Bei den typischen Investitionskosten werden auch hart gesottene Einkäufer blass. Klar, dass da ein günstigeres Angebot wohlwollend betrachtet wird und möglicherweise den Vorzug bekommt. Doch USVs laufen ununterbrochen und schleusen Tag für Tag Hunderte von Kilowatt bis hin zu Megawatt durch die Leistungselektronik. Wenn die Systeme nicht effizient aufgebaut sind, summieren sich allein die Stromkosten schnell zu enormen Beträgen. Dazu kommen noch je nach Hersteller, Serviceorganisation und Funktionsprinzip unterschiedlich hohe Wartungskosten.

Wissen was wird

Beide Faktoren, sowohl die Anfangs- als auch die Folgekosten, verdienen im Vorfeld entsprechende Aufmerksamkeit: Zum Einen geht es um die korrekte Dimensionierung der USV für die angeschlossene Last. Die USV für die Nennlast laut Typenschild zu spezifizieren, ist unpraktikabel. Volle Nennlast erfordern elektrische Verbraucher selten bis nie. Als Faustregel gilt, dass nur etwa zwei Drittel der Nennlast als tatsächlicher Verbrauch geplant werden sollten. Einen Sonderfall stellen die immer häufiger eingesetzten Blade-Server dar. Die darin verbauten Schaltnetzteile weisen einen vorauseilenden Leistungsfaktor auf. Das heißt, sie belasten die USV mit mehr kapazitiver Leistung als ein herkömmliches Netzteil. Das wirkt sich negativ auf herkömmliche USV-Systeme aus, die entwickelt wurden, um maximale Wirkleistung für induktive Lasten bereit zu stellen.

Diagramm Leistungsfaktor: Die transformatorlose USV (Serie 1) stellt gegenüber einer herkömmlichen USV (Serie 2) deutlich mehr Wirkleistung bei kapazitiven Lasten bereit. (Archiv: Vogel Business Media)

Ein Beispiel: eine herkömmliche USV-Anlage mit 300 kVA Maximallast stellt bei einem kapazitiven Leistungsfaktor von –0,95 nur noch 214 kW Nenn-Wirkleistung zur Verfügung. Liegt der Leistungsfaktor bei –0,90, sind es sogar nur noch 182 kW. Transformatorlose USV-Systeme haben hier einen Vorteil, denn sie erfahren bis zu einem Leistungsfaktor -0,95 keine und bei -0,90 nur eine geringe Leistungsverminderung von etwa 3%. Die USV lässt sich also trotz kapazitiven Verbrauchern kleiner dimensionieren.

Entscheidend ist der Wirkungsgrad

(Archiv: Vogel Business Media)

Steht die Größe der zu erwartenden Last fest, geht es an die Faktoren, mit denen die USV selbst die Kosten beeinflusst. Nachdem die Kilowattstunde schon bei mindestens acht Cent angekommen ist, Tendenz steigend, kommt dem Wirkungsgrad der Anlage eine wichtige Rolle zu. USV-Systeme ohne ausgangsseitigen Transformator haben hier die Nase vorn. Sie können mit Wirkungsgraden von 95% und mehr bei Volllast punkten. Aufgrund der enormen Leistungen, die durch eine USV geschleust werden, senkt schon ein Prozent mehr Wirkungsgrad den Stromverbrauch pro Jahr um mehrere Zehntausend Euro.

Doch Vorsicht: Bei redundanten Konfigurationen teilen oft zwei gleichartige USV-Systeme die Last unter sich auf. Beide arbeiten dann nur mit Lastwerten um die 50%, schließlich muss eine USV den Totalverlust der anderen abfangen können. Hier wird aber ein erheblich schlechterer Wirkungsgrad erzielt. Zudem schlägt der Stromverbrauch der zweiten USV voll auf die Energiebilanz durch. Mit diesem Problem haben alle monolithischen, also aus einer Einheit bestehenden, USVs zu kämpfen, die Redundanz bieten sollen.

Bedarfsgerechte Anlagen

Das modulare Konzept bei Conceptpower-DPA-USVs sorgt für minimale Ausfallzeiten und optimale Anpassung an die Lastverhältnisse. (Archiv: Vogel Business Media)

Eine elegante Lösung stellen modular aufgebaute USV-Anlagen wie die Conceptpower DPA USV des Schweizer Hersteller Newave dar. In die Systemschränke passen bis zu fünf Leistungsmodule in einer n+1 Konfiguration. Weil die Module untereinander Load-Sharing betreiben, ist jedes Modul zu jeder Zeit abgesichert, die USV läuft bei guter Auslastung mit einem hohen Wirkungsrad. Das erleichtert auch die Skalierung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Anlagen kann der Kunde mit wenigen Modulen starten und bei Bedarf aufstocken.

Ausfall- oder Reparaturzeit?

Wenn es um die Verfügbarkeit geht, ist oft von der Mean-Time-between-Failure (MTBF) die Rede. Ungünstige Umgebungsbedingungen verringern die MTBF ebenso wie mehr Bauteile und komplexeres Schaltungsdesign. Eine modulare USV hat auf den ersten Blick eine niedrigere MTBF, da sie im Prinzip aus mehreren USVs besteht. Doch die Praxis sieht anders aus. Fällt ein Modul der modularen USV aus, kann es sehr schnell, ohne Fehlersuche und Ausfallzeit getauscht werden. Die Mean-Time-to-Repair (MTTR) ist sehr niedrig.

Verfügbarkeit wird immer wichtiger: USVs sind mittlerweile im Maschinen- und Anlagenbau etabliert. (Archiv: Vogel Business Media)

Für den Anwender bedeutet das, dass seine USV-Anlage nur für ganz kurze Zeit nicht redundant arbeitet. Plus für den Hersteller: er kommt ohne aufwändige Fehlersuche vor Ort aus, das defekte wird einfach gegen ein neues Lastmodul getauscht. Außendiensteinsätze dauern weniger lang, die Techniker müssen weniger Teile bevorraten, im besten Fall kann der Kunde das Modul selbst tauschen und so die Zeit ohne Redundanz auf wenige Minuten reduzieren. Das führt zu deutlich günstigeren Wartungsverträgen für den Kunden. Zusammen mit den Einsparungen beim Stromverbrauch machen diese Faktoren die höheren Investitionskosten in eine modulare USV binnen kürzester Zeit wieder wett.

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