Wie sich unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit Ultracaps deutlich verbessern lassen

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Unterbrechungsfreie Stromversogungen mit Ultracaps sind die besseren USVs

Doppelschicht-Kondensatoren nehmen mit Kapazitätswerten von bis zu einigen zehntausend Farad erheblich größere Energiemengen auf als normale Kondensatoren und bringen eine höhere Leistung als Batterien. Sie lassen sich im Vergleich zu Akkumulatoren schneller laden und haben eine deutlich längere Lebensdauer. Als Zellen in handhabbarer Größe und zu akzeptablen Preisen finden sie auch in USV-Geräten Verwendung und sichern dort Anwendungen ab, die kurze Spitzenleistungen zwischen längeren Intervallen mit geringem Energiebedarf benötigen und sehr viele Lade- und Entladevorgänge erforderlich machen. J. Schneider Elektrotechnik beispielsweise setzt Doppelschicht-Kondensatoren in den USV-Anlagen der Baureihe C-TEC ein.

Positiver Auswirkungen auf Lebensdauer und Zyklenfestigkeit

Doppelschicht-Kondensatoren machen aus einer USV-Anlage ein ausgesprochen langlebiges Produkt. Bei einer maximalen Ladespannung von 2,5 V je Kondensator kommen Ultracap-USV-Anlagen bei einer Umgebungstemperatur von 35 °C auf eine Lebensdauer von 20 Jahren. Damit decken sie ohne weiteres die gesamte Lebensdauer der Maschine ab, in die sie eingebaut sind. In der Lebenszeit einer Ultracap-USV-Anlage sind bei USV-Systemen ohne Temperaturnachführung und ohne automatischen Batterietest bis zu sechs Akkumulator-Tauschaktionen fällig. Außerdem können sie bis zu einer Million Ladezyklen erreichen, während verschlossene Bleiakkumulatoren je nach Entladetiefe auf 200 bis maximal 1.200 Zyklen ausgelegt sind.

Mit Ultracaps ist Tiefentladung kein Thema mehr

Anders als bei Bleiakkumulatoren ist Spannungsfreiheit bei Kondensatoren ein normaler Betriebszustand. USV-Geräte mit eingebauten Kondensatoren werden deshalb ungeladen ausgeliefert. Bei Bleiakkumulatoren hingegen besteht eine Tiefentladegrenze, sie liegt bei 1,6 V pro Zelle. Wird der Akkumulator durch aktive Entladung oder Selbstentladung tiefer entladen, muss mit einer Schädigung oder Zerstörung gerechnet werden, die beispielsweise im Maschinenbau mit typischerweise langen Projektlaufzeiten bereits in der Lagerzeit zwischen Fertigung und Inbetriebnahme auftreten kann. Bei der Inbetriebnahme sind mit Kondensatoren bestückte USV-Anlagen schnell verfügbar; die kurze Aufladezeit nach einer Entladung erhöht die Verfügbarkeitszeit der Geräte.

Ultracap-USVs eigenen sich auch für extreme Temperaturbedingungen

Die Unabhängigkeit der Ultrakondensatoren von der Temperatur machen sie auch für den Einsatz in USV-Anlagen geeignet, die unter extremen Temperaturbedingungen arbeiten. Umgebungstemperaturen von —40 bis 70 °C haben auf die Kapazität der Energiespeicher keinen Einfluss. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung beispielsweise für Fernwirkeinheiten und Mittelspannungsschaltanlagen für Smart Grids, die in Umspannstationen im Außenbereich betrieben werden, müsste beim Einsatz herkömmlicher Akkumulatoren beheizt werden, da sich bei Bleiakkumulatoren die Kapazität mit sinkender Temperatur verringert: Der Kapazitätsverlust beginnt bereits bei einer Umgebungstemperatur von unter 20 °C, bei —20 °C bleiben lediglich rund 25% der Nennkapazität, bei Temperaturen darunter sind Akkumulatoren kaum noch zu gebrauchen. Ultrakondensatoren ermöglichen den Betrieb der Trafostation-Komponenten bei voller Kapazität und wartungsfrei über 20 Jahre hinweg.

So lassen sich Aufwand und Kosten für die Wartung der USV-Anlage senken

Langlebigkeit und Wartungsfreiheit der Doppelschicht-Kondensatoren senken Aufwand und Kosten für die Wartung der USV-Anlagen erheblich. Man denke dabei insbesondere an Anwendungen an schlecht zugänglichen Orten: So müssen sich bei Windenergie-Anlagen die Windradflügel auch bei Stromausfall aus dem Wind drehen lassen, damit keine Schäden an der Anlage entstehen. Der Motor dafür und die unterbrechungsfreie Stromversorgung befinden sich im rotierenden Teil der Anlage, alles andere als gut zugänglich und daher teuer in der Wartung. Bei Offshore-Anlagen wird eine Wartung noch aufwendiger und ist außerdem aufgrund möglicher extremer Witterungsbedingungen nicht immer ungefährlich. Auch der Montage-Aufwand hält sich in Grenzen: Während für die herkömmliche USV-Absicherung mit Netzgerät, Überwachungseinheit, USV und Batterie bis zu vier Module installiert werden müssen, liefern integrierte Ultracap-USV-Lösungen die Absicherung komplett in einem Gehäuse. Da Kondensatoren nicht gasen, können sie sogar in hermetisch abgeschlossenen Gehäusen verwendet werden. Diese wiederum machen den Einsatz der USV-Anlagen in aggressiven Umgebungen möglich, wie für die Absicherung von Tierfütterungsanlagen in Hühner- oder Schweineställen, in denen die Luft extrem ammoniakhaltig ist. Kostensenkend macht sich auch die höhere Effizienz der Ultrakondensatoren bemerkbar. Der Wirkungsgrad liegt bei 84 bis 95% gegenüber dem Durchschnitt von unter 70% bei Batterien – neben dem Kostenfaktor auch ein Aspekt von Umweltfreundlichkeit. Da Ultracaps ohne Inhaltsstoffe wie schädliche Schwermetalle auskommen, können sie zu bis zu 70% recycelt werden und sind auch an diesem Punkt den Akkumulatoren haushoch überlegen.

Ultracaps sind Energiespeicher mit zahlreichen Vorzügen

Mit dem Doppelschicht-Kondensator steht ein physikalischer Energiespeicher mit enormer Kapazität und handlicher Größe zur Verfügung. Seine Eigenschaften wie Langlebigkeit, Zyklenfestigkeit und das Verhalten beim Entladen und Laden prädestinieren ihn zum Einsatz in USV-Systemen. Dort sichert er Lasten ab, die kurze Spitzenleistungen und häufiges Laden und Entladen erfordern, und reduziert gegenüber herkömmlichen Lösungen Montageaufwand, Wartungskosten und Energiebedarf. Aufgrund der Temperaturbeständigkeit und der Gasungsfreiheit sind Ultracap-USV-Lösungen auch für Anwendungen in extremen Umgebungsbedingungen erste Wahl.

*Matthias Vetter ist Leiter Vertrieb USV-Anlagen bei der J. Schneider Elektrotechnik GmbH in Offenburg.

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