Unterbrechungsfreie Stromversorgungen Strom sparen mit dem Eco-Modus bei einphasigen Online-USVs

Umweltschutz, hohe Effizienz, Energieeinsparungen werden immer wichtiger. Das gilt auch für Rechenzentren. Wir erklären, wie der Eco-Modus bei einphasigen USV-Systemen zum Energiesparen beiträgt.

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Umweltschutz, hohe Effizienz, Energieeinsparungen gewinnen für Privathaushalte ebenso wie für Unternehmen aufgrund der möglichen signifikanten Kosteneinsparungen immer mehr an Bedeutung. Auch bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) sind Energieeinsparungen höchst relevant. Der „Eco-Modus“ hat sich in diesem Zusammenhang zu einem gefragten Merkmal entwickelt, das sich gut im Produktmarketing einsetzen lässt. Speziell im Bereich der einphasigen Online-USV wird dieser Betriebsmodus viel diskutiert. Doch wie genau funktioniert der Eco-Modus bei diesem USV-Typ? Was zeichnet ihn aus?

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Die Online-USV, auch Doppelwandler genannt, ist das gängigste Modell der unterbrechungsfreien Stromversorgungen zur sicheren Stromversorgung von Rechenzentren. Es gewährleistet einen Spannungs- und Frequenz-unabhängigen Betrieb (Voltage and Frequency Independent, VFI) und bietet zu jeder Zeit ein höchstes Maß an Stromqualität. Gleichzeitig hat dieses USV-Modell aufgrund seiner zweistufigen Umwandlung aber den höchsten Energieverbrauch.

Um den Eigenverbrauch der USV-Anlage herabzusetzen und den Wirkungsgrad noch weiter zu steigern, sind für die meisten Produkte im Online-USV-Bereich Betriebsmodi mit hoher Energieeffizienz verfügbar, wie der Eco- Modus – je nach Hersteller auch bekannt als Energiesparmodus oder Hocheffizienz­modus. Im Eco-Modus arbeitet die Online-USV wie eine USV der Kategorie Voltage Independant (VI, auch Line Interactive oder Single Conversion genannt), das heißt, die Doppelwandlung wird umgangen und die Netzspannung wird vom Eingang zum Ausgang durchgeleitet.

Der größte Unterschied zwischen Online-USV und Line Interactive USV-Produkten besteht somit darin, dass bei letzteren der Eco-Modus kein zusätzliches Feature darstellt, sondern sie von Grund auf mit einem bereits implizierten Eco-Modus arbeiten: Der Strom fließt vom Eingang durch verschiedene Schutzfilter – beispielsweise gegen Überspannung – sowie zusätzlich durch einen Transformator zur automatischen Spannungsregulierung (AVR), der die Ausgangsspannung regelt. Aufgrund des sehr hohen Wirkungsgrads der AVR (rund 98 bis 99%) und der Schutzfilter sowie durch die geringe Anzahl elektronischer Komponenten bei diesem USV-Typ, können Line Interactive USV bei Volllast einen Wirkungsgrad von mehr als 96% erreichen.

Durch den quasi inhärenten Eco-Modus sind Line Interactive USV in der Lage, mit einem hohen Wirkungsgrad auch bei Schwankungen der Eingangsspannung zu arbeiten und gleichzeitig die Ausgangsspannung zu regulieren, wohingegen der Eco-Modus bei einer Online-USV lediglich in einem niedrigen Eingangsspannungsbereich funktioniert. Doch wie genau sieht die Funktionsweise des Eco-Modus bei einer Online-USV im Vergleich zur beschriebenen Line Interactive USV aus?

Der automatische Bypass ermöglicht den Eco-Modus

Möglich macht den Eco-Betriebsmodus erst der für Online-USV charakteristische automatische Bypass: Zusätzlich zu der Doppelwandler-Funktion, bei der die ankommende Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt und anschließend über den Wechselrichter wieder in eine saubere, sinusförmige Wechselspannung umgewandelt wird, verfügen Online-USV über einen Bypass. Dieser kommt bei Überlastung, falschem Betrieb oder im Fall einer Wartung zum Einsatz und verbindet Eingang und Ausgang miteinander (Bild 1). Der Bypass-Modus ist ein vorübergehender Zustand, der aufgehoben wird, sobald die besonderen Umstände nicht mehr gegeben sind. Netzfehler, die während des Bypass-Modus auftreten, können einen Lastabfall zur Folge haben.

Den automatischen Bypass nutzt der Eco-Modus in Online-USVen. Das heißt, im Eco-Modus fließt der Strom über die Bypass-Linie vom Eingang zum Ausgang (Bild 2). Dieser Zustand bleibt bestehen, solange die Bedingungen am Eingang stabil sind. Treten im Eco-Modus ernsthafte Störungen auf, wie beispielweise Spannungsschwankungen, schaltet die USV automatisch vom Bypass in den Online-Modus, um weiterhin qualitativ hochwertige Spannung liefern zu können. Obwohl die Spannung im Bypass-Modus und im Eco-Modus denselben Weg geht, sind Betrieb und Lastschutz in unterschiedlicher Form gegeben.

Da die Energie im Eco-Modus einer Online-USV über den Bypass läuft, liegt der Wirkungsgrad bei voller Auslastung in diesem Betriebsmodus bei 94 - 98%, und selbst bei niedriger Auslastung lassen sich hohe Werte erzielen. Der sehr hohe Wirkungsgrad ist wohl der entscheidendste Vorteil des Eco-Modus bei Online-USVen. Unabhängig davon sind speziell bei einphasigen Modellen dieses USV-Typs jedoch einige spezifische Eigenschaften des Eco-Modus zu berücksichtigen.

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