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Moderne Steuergeräte nutzen als Energiespeicher Doppelschichtkondensatoren : Ausgabe 14/2016, 31.08.2016

Es geht auch ohne Batterie

Bleibatterien werden seit Jahrzehnten als Energiespeicher für DC-USV-Systeme genutzt. Bei kurzen Überbrückungszeiten sind Doppelschichtkondensatoren jedoch eine echte Alternative – auch beim Preis.

Bilder: Puls

Bei der Planung einer DC-USV sollten sich Anwender gleich zu Beginn die Frage stellen: Welche maximale Zeitspanne muss ich tatsächlich überbrücken? Liegt der Fokus auf einer hohen Energiedichte und einer langen Überbrückungszeit, gibt es noch keine bezahlbare Alternative zur Bleibatterie. Wer lange Ausfälle von mehreren Minuten oder sogar Stunden überbrücken will, muss demnach auch mit den Nachteilen dieser Batteriemodule leben. Dazu zählen in erster Linie die begrenzte Lebenserwartung, das hohe Gewicht, der eingeschränkte Temperaturbereich und das regelmässige Nachladen.

Doppelschichtkondensatoren sind langlebig und wartungsfrei

Erfordert der Anwendungsfall jedoch nur kürzere Überbrückungszeiten, in der Grössenordnung zwischen 15 und 150 s, können Doppelschichtkondensatoren ihr volles Potenzial als Energiespeicher entfalten. Zudem sind die Preise für diese Komponenten in den vergangenen Jahren deutlich gesunken. Angesichts der vielen Vorteile gegenüber der Bleibatterie, macht sie das für den Einsatz in modernen DC-USV-Systemen zu einer lohnenswerten Alternative. Zu den Vorteilen zählen die absolute Wartungsfreiheit, das geringe Gewicht, die kurze Ladezeit, der hohe Temperaturbereich und die geregelte Ausgangsspannung. Die Angaben zur Lebensdauer von Bleibatterien sind trügerisch, denn sie lassen sich in der Praxis kaum erreichen. Die oftmals nach Eurobat angegebene Lebensdauer von 6 bis 9 Jahren erreicht eine Bleibatterie nur unter absoluten Idealbedingungen. Das setzt voraus, dass die Umgebungstemperatur im Einsatz bei +20 °C liegt und keinerlei Voralterung durch Lagerung entstanden ist. Doch schon eine Temperaturerhöhung um 10 °C halbiert die Lebensdauer der Batterie. Doppelschichtkondensatoren sind von diesem rapiden Verfall nicht betroffen. Sie sind fest in dem DC-USV-System verbaut und erzielen dieselbe Lebensdauer wie die Stromversorgung selbst. Im typischen Anwendungsfall sind das mehr als 10 Jahre. Während diesem Zeitraum müssen die Kondensatoren weder gewartet oder ausgetauscht noch regelmässig geladen werden. Es entsteht auch keine Voralterung, wenn die Kondensatoren gelagert werden.

Für extreme Bedingungen geeignet – auch bei hohen Minustemperaturen

Einer der grössten Nachteile von Bleibatterien ist der eingeschränkte Temperaturbereich von 0 bis +40 °C. Sinkt die Umgebungstemperatur beispielsweise auf –10 °C, gefriert beim Aufladen der Wasserstoff und zerstört die Batterie (Ausnahmen bilden lediglich teure Reinblei-Batterien). Doppelschichtkondensatoren verkraften hingegen Temperaturen von bis zu –40 °C problemlos. Gerade bei Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien oder beim mobilen Einsatz im Aussenbereich, sind Doppelschichtkondensatoren perfekt geeignet. Eine weitere Schwachstelle der Systeme mit Batteriemodulen zeigt sich bei höheren Temperaturen. Bereits ab +45 °C tritt bei Bleibatterien Wasserstoff aus. Die Batterie muss somit ausserhalb des Schaltschranks montiert werden, um das Ausgasen zu verhindern. Alternativ muss der Schaltschrank über ein Entlüftungssystem verfügen, wie es die Sicherheitsanforderung EN 50272-2 für stationäre Batterien vorschreibt. Eine DC-USV mit Doppelschichtkondensatoren bringt ihre volle Leistung auch bis +60 °C, was den Einsatz auch in geschlossenen und unbelüfteten Schaltschränken möglich macht.

Systeme ohne Batterie – die DC-USV-Systeme UC10.241 und UC10.242

Puls hat all die genannten Vorteile in den aktuellen DC-USV-Systemen UC10.241 und UC10.242 vereint. Die Steuergeräte nutzen als Energiespeicher Doppelschichtkondensatoren mit 6 (UC10.241) oder 12 kWs (UC10.242), deren Serienschaltung mit einer aktiven Balancer-Schaltung ausgestattet ist, was der Lebensdauer zugutekommt. Die Geräte sind für 24-V-Systeme ausgelegt, können auf der DIN-Schiene montiert werden und im Normal- sowie im Pufferfall mit bis zu 15 A belastet werden. Durch verschiedene Meldekontakte und Anzeigeelemente lässt sich das System zuverlässig überwachen. Der zusätzliche Inhibit-Eingang erlaubt zudem ein Aussetzen der Pufferung. Ausserdem ist bei aktiviertem PC-Modus ein erzwungener Neustart eines PC nach einem Netzausfall möglich. 

Datenblatt: 14_16.50.pdf

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Innenansicht eines Steuer­geräts mit Doppelschicht­kondensatoren


Lebenserwartung von kondensatorgestützten DC-USV-Systemen in Abhängigkeit von der Temperatur


Überbrückungszeit in Abhängigkeit des Pufferstroms