Die Single Cube Phase Technology bei der modularen USV Anlage. Teil II

Die Effizienz ist mehr als nur durch Wirkungsgrad bestimmt.

 

Bei der Realisierung eines USV-Systems ist eine hohe energetische Effizienz als grundlegende Eigenschaft vorauszusetzen. Hierauf bauen alle weiteren Strukturen des USV-Gesamtkonzepts auf. Ein hoher Wirkungsgrad des USV-Systems hat einen direkt messbaren Einfluss auf die Betriebskosten, da die zusätzlich anfallende Abwärme des USV-Systems nicht nur die laufenden direkten Stromkosten erhöht sondern auch indirekt zur Abführung der Abwärme notwendige Energiekosten für Klimatisierungsmaßnahmen. Dies kann die zusätzlich notwendige Stromkosten um weitere Faktoren erhöhen.

 

a) Maßnahmen zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades

 

Um ein hoch effizientes AC/AC USV-System zu realisieren sind vielfältige Ansätze in allen System-Komponenten eines solchen Systems möglich. Hier die wichtigsten Ansätze:

  • Transformerless Inverter Technology: Ein Übertrager/ Transformator mit klassischem Primär/Sekundäraufbau kommt hier nicht mehr zum Einsatz. Dies erspart nicht unerhebliche Übertragerverluste und erhöht den Wirkungsgrad der Wechselrichterbaugruppe erheblich. Hinzu kommen aus ökonomischer Sicht eine erhebliche Gewichtseinsparung und ein deutlich geringerer Platzbedarf des Systems bei gleicher Leistung.
  • Third Level Inverter Technology: Gegenüber der klassischen Wechselrichterbrücke kommen hier in Reihe geschaltete Transistoren zum Einsatz. Durch Reihenschaltung von 2 Transistorstrecken können Transistoren mit geringerer Spannungsfestigkeit zum Einsatz kommen. Durch den geringeren dynamischen Durchlasswiderstand dieser Transistoren ergibt sich bei heutiger üblicher PWM-Frequenz von 10kHz und höher eine nicht unerhebliche Reduzierung des Verlustleistung und damit eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrads der Wechselrichterbaugruppe.
  • Transistor Rectifier with PFC (Power Factor Correction): Diese Technologie ermöglicht die sinusförmige Stromaufnahme aus dem Netz, die gleichzeitig phasengleich zur Eingangsspannung verläuft. Hieraus folgt, das keine Blindstromaufnahme und damit keine Aufnahme von Blindstromleistung im Eingang stattfindet. Die Gesamtstromaufnahme des USV-Systems sinkt hierbei und sorgt für geringere Leistungsverluste in der gesamten vorgeschalteten Versorgungskette. Fehlende Oberschwingungsströme machen zusätzliche Filtermaßnahmen überflüssig, die ihrerseits weitere Verluste zutragen würden. Eventuell zusätzliche, das USV-System schützende Komponenten – z.B. Generatorsysteme – können kleiner und damit ökonomischer dimensioniert werden.

 

b) Ökonomisch produzieren

 

  • on PCB Technologie: Die Fokussierung auf Bauteilgrößen, die es erlauben, Leistungsbauteile direkt auf einer einzigen Platine zu montieren, ermöglicht weitestgehend automatisierte Produktionsprozesse. Dies reduziert den menschlichen Faktor auf ein Minimum. Zusätzlich werden nahezu alle mechanischen Geräusche unterdrückt und damit die Geräuschemissionen, die störenden hochfrequenten Wechselrichtergeräusche, nahezu vollständig eliminiert. Durch die enge räumliche Platzierung aller Leistungsbauteile und damit reduzierte oder nicht vorhandene Leistungs- oder Signalleitungen heben sich magnetische Felder nahezu auf. EMV-Emissionen lassen sich räumlich gut begrenzen.
  • Standardisierte Bauteilgruppen und Bauteile: Eine Standardisierung der eingesetzten Bauteilgruppen erhöht deren Stückzahl und damit die Produktionseffizienz in allen Bereichen und trägt zur Senkung der Produktkosten bei. Da sich jede Anlage, egal welcher Ausbaugröße, innerhalb der gleichen Produktserie aus gleichen Baugruppen zusammensetzt ist eine Aktualisierung des Systems über den gesamten Produktlebenszyklus einfach möglich. Dies betrifft auch die notwendigen Prüf- und Qualitätskontrollen.

 

c) Logistische Effizienz / effiziente Logistik
Für die Effizienz eines langlebigen Produkts spielen Transportgewicht und Größe für die Instandsetzung benötigter Baugruppen eine weitaus wichtigere Rolle als beim IT-Equipment mit seinen kurzen Produktlebenszyklen. Sind zur Instandsetzung des USV-Systems die Bauteile groß und schwer, können zum Transport keine kosten- und energieeffizienten Transportarten und -wege genutzt werden. Verfügbarkeit von einer geringen Anzahl standardisierter Baugruppen reduziert Investitionskosten für die notwendige Vorhaltung für den Service und den Verkauf.

 

d) Ökonomischer Service

 

Je länger der Lebenszyklus eines Produkts ist, desto mehr Bedeutung hat dies für das Produktdesign. Alle relevanten Bauteile, die für die kontinuierliche Instandhaltung und Wartung des Systems wichtig werden, sind hier betroffen. Folgende Überlegungen sind hierbei im Vorfeld maßgeblich:

  • Maße und Gewicht der Baugruppen inklusive Batteriesystem
  • alle Verschleißteile in tauschbare Baugruppen integrieren
  • Firmware Update/Downgrade der Baugruppe über System ohne Einsatz von externen Hilfsmittel
  • justagefreier Tausch von Baugruppen
  • Steckverbindungen, die einen werkzeuglosen Anschluss aller notwendigen elektrischen und Steuerungsverbindungen ermöglichen
  • Berührungssicherer Tausch aller Baugruppen

 

Oberstes Ziel ist es alle tauschbaren Baugruppen so auszulegen, damit sie alle Sicherheitsauflagen nach geltenden Richtlinien erfüllen und das Handling auf Grund von Gewicht und Abmaßen der Baugruppe von einer einzigen fachlich nicht unterwiesenen Person nach geltenden Arbeitsschutzrichtlinien leistbar ist. Dies senkt nicht nur im Einzelfall die Instandsetzungsgesamtzeit, sondern erspart in der Regel erhebliche finanzielle Aufwendungen, die durch die Entsendung von qualifiziertem Servicepersonal zu leisten sind; darüber hinaus ist dies unökonomisch.

 

Besondere Bedeutung erlangt dies, wenn solche Systeme in infrastrukturschwachen Regionen zur Aufstellung kommen, wo die Entsendung von Personal in einem realistischen Zeitfenster unmöglich und finanziell nicht tragbar ist.

 

FORTSETZUNG – TEIL III – FOLGT.

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