Ratgeber Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)
So bewahren Sie Server und Geräte im Dauerbetrieb vor Ausfällen
Eine USV-Anlage bewahrt Ihre Server vor Ausfällen und garantiert unterbrechungsfreie Arbeit. Alles über Stromversorgung, ob für 19-Zoll-Serverschränke oder den Heimgebrauch, finden Sie in diesem Ratgeber!
Was ist eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)?
Eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung, kurz: USV, ist eine Art Batterie-Notstromversorgung für Computer und andere Hardware mit flüchtigen Speichern, auf die im Bedarfsfall sofort umgeschaltet wird, damit Daten nicht verloren gehen. Je nach Modell reicht die Überbrückungszeit von einer Minute bis zu mehreren Stunden – genug Zeit also, um den Rechner sicher runterzufahren oder gar Updates zu installieren!
Darüber hinaus bewahrt eine USV-Anlage auch die teuren und empfindlichen Hardwarekomponenten vor Schäden durch Stromausfälle, Spannungsspitzen und anderen atypischen Stromereignisses. USV-Systeme sind vor allem als Zusatzperipheriegeräte in Heim- und Arbeitsplatz-Computerinstallationen, Server- und Netzwerkumgebungen sowie in vielen anderen hardwarekritischen Computeranwendungen beliebt.
Im Verlauf dieses Ratgebers werfen wir einen Blick darauf, wie solche Geräte funktionieren und stellen Ihnen die verschiedenen Typen von USV vor.
So funktioniert eine USV: die verschiedenen Typen im Überblick
Angesichts der Vielzahl an Geräten auf dem Markt und den vielen unterschiedlichen Ausstattungsmerkmalen, Funktionen und Konfigurationen verliert man schnell den Überblick. Zur Erfüllung der eigentlichen Aufgabe, nämlich den unterbrechungsfreien Betrieb von Computern und Peripherie zu gewährleisten ist es letztlich jedoch egal, welche Features ein Gerät zusätzlich noch bietet. Zudem muss man nur wenige wesentliche Bauformen und Varianten kennen, die sich in wesentlichen Punkten unterscheiden und für jeweils andere Anwendungen und Einsatzbereiche besser eignen als andere Typen.
Beachten Sie, dass die Überbrückungszeit in der Regel nur ausreicht, den Betrieb so lange aufrecht zu erhalten, bis die normale Versorgung wiederhergestellt ist oder die Systeme sicher und ohne Speicherverlust runtergefahren werden können. USV eignen sich somit nicht für den Dauerbetrieb als primäre Stromquelle.
Online-USV
Diese Geräte stellen die wohl teuerste Art der USV-Stromversorgung dar. Sie bietet die größte Sicherheit vor plötzlichen Stromschwankungen und -ausfällen.
Anders als der Name es vermuten lässt, haben Online-USV nichts mit Internetanbindung; es handelt sich auch nicht um Smarte Geräte. Vielmehr bezieht er sich auf eine Stromversorgung, die kontinuierlich Strom filtert, speichert und ans Endgerät weiterleitet, auch unter normalen Bedingungen. Online-USV sind somit immer in Betrieb und müssen nicht erst eingeschaltet werden, wenn es tatsächlich erforderlich ist. Sie werden daher auch als „echte“ SUV bezeichnet.
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Vor- und Nachteile
- Die mit Abstand sicherste und zuverlässigste Variante
- Besonders empfehlenswert für hochwertige und empfindliche IT-Systeme
- Hoher Anschaffungspreis und höhere Stromkosten durch fortlaufenden Betrieb
Offline-USV
Im Gegensatz zur Online-Variante befinden sich diese Modelle im Standby-Modus. So verbleibt die Offline-SUV sozusagen im „Leerlauf“, bis sie tatsächlich benötigt wird. Ist dies der Fall, schaltet die Anlage innerhalb von wenigen Millisekunden auf die Batterie-Stromversorgung um.
Bei Qualitätsmodellen liegt die Reaktionszeit bei fünf Millisekunden. Für die meisten Elektrogeräte insbesondere im Konsumentenbereich gilt dies als guter Wert. Aufgrund der Tatsache, dass theoretisch gesehen eine Stromunterbrechung zustande kommt, gelten diese Geräte nicht als „echte“ SUV. Professionelle IT-Spezialisten greifen greifen daher lieber auf die erste Variante zurück.
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Vor- und Nachteile:
- Günstiger im Betrieb, da weniger Strom verbraucht wird
- Weniger empfehlenswert für kritische IT-Systeme
Hybrid-/leitungsinteraktive USV
Dieser Typ, auch Line-Interaktiv geannt, stellt einen guten Preis-Leistungs-Kompromiss aus den beiden o.g. USV dar. Zu den hybriden USV-Anlagen gehören meisten auch sogenannte „leitungsinteraktive“ Einheiten. Sie bieten verschiedene Betriebsarten wie Doppelkonvertierungs-, Energiespar- und aktiven Filtermodus. Darüber hinaus ist Hybrid-Variante ist in der Lage, bei Bedarf zwischen einzelnen Modi automatisch hin- und her zu schalten. Möglich wird dies durch ein Regeltransformatorsystem. Dadurch fällt die langfristige Gesamtleistungsaufnahme viel geringer aus als beim „vollständigen“ Online-Äquivalent.
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Vor- und Nachteile:
- Effektiver in der Überwachung von Spannungsabfällen als die Offline-Version
- Kein ständiges Umschalten zwischen Netz- und Batterieleistung, dadurch längere Batterielebensdauer
- Im Vergleich zu anderen USV-Typen geringere Kapazität
Eine USV ist mehr als nur eine Batterie!
USV-Systeme werden zwischen Netzsteckdose und Computer zwischengeschaltet und mit diesen über Kabel verbunden. Es handelt sich dabei um relativ kleine und kompakte „intelligente“ Einheiten, deren Größe von der Nutzungsart abhängt, z.B. in einem Privathaushalt oder Büro. Das Kernstück bildet eine wiederaufladbare Stromzelle mit besonders viel Speicher.
Traditionell handelt es sich hierbei meistens um eine Blei-Säure-Batterie (VRLA). Im Zuge der fortschreitenden Entwicklungen in der Lithium-Ionen-Technologie werden im Herzen moderner USV-Systeme jedoch zunehmend Li-Ionen-Zellen eingesetzt. Somit ähneln sie im Prinzip tragbaren Akkus. Die Leistung, die sie erbringen müssen, ist jedoch viel höher.
VLRA-Batterien: robust und zuverlässig
VRLA- oder Blei-Säure-Batterien sind in der Regel relativ wartungsarm und werden im Allgemeinen als grundlegende, zuverlässige „USV-Arbeitspferde“ mit einer typischen Lebensdauer von 5 Jahren angesehen. Die Buchstaben „VR“ in VRLA stehen für valve regulated, zu Deutsch „ventilgeregelt“. Damit gemeint sind automatisch betriebene Entlüftungssysteme, mit denen die Freisetzung von sich allmählich bildendem Gas an bestimmten Punkten im Lade-/Entladezyklus der Batterie gesteuert werden kann. Diese wichtige Funktion wird von internen Drucksensoren ausgelöst und funktioniert – wie die meisten Aspekte von VRLA-Zelltypen – am besten, wenn sich die Batterie in einer trockenen, temperaturgesteuerten Umgebung befindet, z. B. in einem durchschnittlichen zentral beheizten Raum zu Hause oder im Büro.
Lithium-Ionen-Batterien: langlebig dank fortschrittlicher Technologie
Im Gegensatz dazu sind Li-Ionen-USV-Batterien im Allgemeinen weitaus kompakter und leichter und sie verfügen über eine Reihe integrierter Stromverwaltungsfunktionen zum Starten, z. B. einen erweiterten Lade- und Spannungsausgleich. Viele Hersteller bieten mittlerweile Geräte mit einer im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien höheren Lebensdauer im Sortiment, die sich gerade bei langjährigem Gebrauch als wirtschaftlichere Alternative erweist. Die lange Zeit höheren Herstellungskosten für Li-Ionen-Batterien werden jedoch immer günstiger; zumindest mittelfristig kann sich die Anschaffung einer VRLA-basierten Einheit aber lohnen.
Diese Schäden drohen bei plötzlichen Stromausfällen
Der flüchtige Speicher (RAM) ist fester Bestandteil fast aller Computer. Im Gegensatz zu Festplatten speichert dieser Daten nur für eine gewisse Zeit. Sobald diese nicht mehr benötigt werden, wird der Speicher gelöscht, sodass er nun für andere Aufgaben frei ist.
Auch bei Übertragungen über das Internet oder Netzwerke und beim Lese- und Schreibzugriff auf Festplatten kommt der flüchtige Speicher zum Einsatz. Aus diesem Grunde muss auch jede Datenübertragungsaktivität vom Nutzer beendet werden, z.B. vor dem Trennen eines USB-Speichersticks von einem Laptop. Wird bei einem solchen Vorgang plötzlich der Stromstecker gezogen, während noch mehrere Gigabyte Daten im Speicher verbleiben, gehen diese für immer verloren.
Im schlimmsten Fall kann dies dazu führen, dass Dateien an beiden Enden des Übertragungsprozesses für Geräte nicht mehr lesbar sind. Daten, die auf diese Weise beschädigt wurden, können, wenn überhaupt, nur noch für teures Geld von einem auf die Wiederherstellung von Daten spezialisierten Techniker gerettet werden.
Und dies sind nur die sichtbaren Aktivitäten auf einem Rechner. Darüber hinaus laufen im Hintergrund sowohl auf Hardware- als auch auf Betriebssystemebene weitere Prozesse, die für die Funktionsfähigkeit des Geräts von entscheidender Bedeutung sind. Ein plötzlicher Stromverlust kann irreparable Schäden verursachen. Um dies zu verhindern, ist eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung unerlässlich.
USV-Bedarf berechnen: Wie viel Strom benötige ich?
Dank einer USV-Einheit bleiben Speicher und Hardware rundum geschützt. Bleibt natürlich die Frage nach der richtigen Anlage. Unter Umständen muss die Kapazität ausreichen, um ganze Server-Racks zu versorgen. Um den Strombedarf zu errechnen, addiert man die gesamte Scheinleistung aller Geräte, die an die USV-Anlage angeschlossen werden sollen. Der Wert dafür ist in Voltampere-Werte (VA) angegeben. Die VA-Zahl in aller Regel auf den Netzteilen angegeben. Alternativ können Sie die Leistungsaufnahme (Watt) aller Geräte addieren und mit dem Faktor 1,6 multiplizieren. Berechnen Sie den Bedarf lieber zu groß als zu klein und planen Sie auf jeden Fall eine Leistungsreserve ein. Als Faustformel schlägt man 20 bis 30 Prozent auf den errechneten Bedarf. So sind Sie nicht nur auf der sicheren Seite, sondern haben auch genug USV-Strom, wenn Sie weitere PCs oder Server anschließen.
Darüber hinaus sollten Sie noch weitere Zusatzfeatures berücksichtigen, die von Nöten sein können, darunter:
- Stromausfallschutz
- Spannungsabfallschutz
- Spitzenspannungsschutz
- Überspannungsschutz
- Unterspannungsschutz
- Tiefentladungsschutz
- Schutz vor harmonischer Verzerrung
- Schutz vor Frequenzschwankungen
Überbrückungszeiten und andere Faktoren
Zu guter Letzt sollten Sie natürlich immer die Überbrückungszeit berücksichtigen. Sie hängt von der Größe der Batterie und von der Anzahl der angeschlossenen Geräte ab. Die Laufzeit einer bestimmten USV-Stromversorgung ergibt sich daher aus der Kalkulation von Kapazität und Last. Als Basis für Ihre Berechnungen nehmen Sie zum Beispiel die Zeit, die Sie mindestens benötigen, um alle Daten zu speichern, Prozesse zu beenden und den Computer ordnungsgemäß herunterzufahren.
Zu guter Letzt können noch Formfaktor und Gesamtgröße der Einheit eine Rolle beim Kauf einer USV spielen.
Zusätzliche Features
Neben Batterie und dem Gehäuse selbst beinhalten USV-Anlagen oftmals eine Reihe weiterer nützlicher Funktionen. Diese variieren von Modell zu Modell und können u.a. folgende Elemente enthalten:
- Erweiterte Onboard-Software zur Leistungsüberwachung
- Verwaltungskartensteckplätze und andere Funktionen zum Lesen von Daten
- Schutz vor Tiefentladung, Spannungsspitzen, Niederspannung und/oder Temperatur
- LCD/OLED-Bildschirme und -Anzeigen zur einfachen Überwachung der Geräte und Leistung
- Grafische Kalibrierungsschnittstellen für bequeme Optimierung
- Eine breite Palette von Anschlussmöglichkeiten für externe Hardware-I/O-Expander (Eingang/Ausgang))
- Variable Anzahl an Stromanschlüssen und Steckdosen
- Optionen zum Austauschen der Batterie während des Betriebs und/oder für Wartungsarbeiten an spannungsführender USV
- Verschiedene IP-Schutzklassen
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