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Energiespeicher: Spannung konstant halten

In der Fertigung ziehen Spannungsschwankungen verheerende Folgen nach sich. Empfindliche Anlagen können unter Umständen beschädigt und sogar ganze Fertigungsstraßen lahmgelegt werden. Puffermodule fangen im Stromnetz auftretende Schwankungen effektiv ab und sorgen für einen stabilen Betrieb. Lesen Sie in diesem Ratgeber, wo man diese Art von Energiespeichern einsetzt und wie sie funktionieren.


Wozu werden Energiespeicher eingesetzt?

Ein Totalausfall der Stromversorgung von mehreren Minuten oder sogar Stunden ist in Deutschland glücklicherweise eher selten. Deutlich häufiger treten im Stromnetz dagegen kurzzeitige Spannungseinbrüche oder Lastschwankungen auf, die nur wenige Sekunden andauern. Tatsächlich liegt die Dauer der meisten Ausfälle im Netz bei lediglich 0,2 Sekunden. Bereits ein kurzer Einbruch der Spannung kann zur Folge haben, dass ein elektrischer Verbraucher abschaltet. Als Konsequenz kommt es zum Stillstand von Anlagen oder auch zu Datenverlust bei Computern. Für das erneute Hochfahren der Geräte sind zusätzlich einige Minuten zu veranschlagen. Ein Puffermodul ist in der Lage, auch häufig wiederkehrende Unterbrechungen effektiv zu überbrücken. Je nach Modell sind Stützzeiten von wenigen Sekunden bis zu mehreren Minuten möglich. Der Betrieb wird dank eines solchen Stromspeichers nicht beeinträchtigt. Zeitraubendes Hochfahren von Maschinen und kostspieliger Datenverlust werden vermieden.


Wie funktioniert ein Strom-Speicher?

Im Handel sind Stromspeicher erhältlich, die mit VRLA-Batterien arbeiten sowie Modelle, die Energie in Kondensatoren speichern. Bei bestehender Spannungsversorgung werden Kondensatoren beziehungsweise Batterien aufgeladen.

Tritt eine kurzzeitige Unterbrechung der Energieversorgung ein, springen Kondensator- und Batteriespeicher unmittelbar ein und die Verbraucher beziehen die benötigte Energie kurzzeitig aus dem Puffermodul. Um die zur Verfügung stehende Leistung der Module zu erhöhen oder um die Stützzeit zu verlängern, ist eine Parallelschaltung einer beliebigen Anzahl von Puffermodulen möglich.


Akku- und Kondensator-Technologie im Vergleich

Der Kondensator ist dem konventionellen Batteriespeicher in nahezu allen Bereichen überlegen. Nachfolgend werfen wir einen Blick darauf, wie sich die beiden Technologien voneinander unterscheiden: 

Der Vorteil eines konventionellen Batteriespeichers, der auf VRLA-Akkus basiert, ist die höhere Energiedichte im Vergleich zu einer Pufferlösung mit Kondensatoren. Eine optimale Leistung kann eine VRLA-Batterie allerdings nur in einem engen Temperaturbereich abgeben. Drastische Leistungseinbußen sind bereits bei Temperaturen unterhalb von 20 °C zu erwarten. Bei Temperaturwerten, die deutlich unterhalb des Gefrierpunktes liegen, ist ein Einsatz von VRLA-Batterien nicht mehr praktikabel. Die optimale Betriebsdauer liegt zwischen 20 °C und maximal 25 °C. Akkus unterliegen einer Abnutzung, die mit der Zahl der Ladezyklen steigt. Ab ca. 1000 Zyklen verliert die Batterie zunehmen an Kapazität und sollte ausgetauscht werden. Dazu kommt, dass VRLA-Stromspeicher einer regelmäßigen Wartung bedürfen.

Mit Kondensatoren ausgestattete Puffermodule bieten unabhängig von der vorherrschenden Umgebungstemperatur immer eine gleichbleibende Leistung. Auch hinsichtlich der Haltbarkeit sind Kondensatoren deutlich überlegen: Die Lebensdauer einer VRLA-Batterie liegt bei idealen Temperaturbedingungen bei etwa 15 Jahren, während ein Kondensator ohne Wartung bis zu 60 Jahre hält. Betriebs- und Wartungskosten entfallen zudem vollständig. Bis irgendwann in der Zukunft die Brennstoffzelle die heutigen Stromspeicher ablösen wird, sind mit Kondensatoren ausgestattete Puffermodule eindeutig die beste Wahl.


Worauf muss ich achten, wenn ich einen Energiespeicher kaufe?

Vor dem Kauf müssen Sie entscheiden, wie viele Ausgänge das Puffermodul haben soll. Ebenfalls von essenzieller Bedeutung sind Aus- und Eingangsspannung sowie die Nennleistung. Soll das Modul in Umgebungen eingesetzt werden, in denen die Temperaturen deutlich unter 20 °C oder über 25 °C liegen, müssen Sie zu einem Stromspeicher greifen, bei dem die Speicherung der Energie in Kondensatoren erfolgt. Bedenken Sie beim Kauf, dass Puffer mit Batterie einer regelmäßigen Wartung bedürfen und selbst unter optimalen Bedingungen nach spätestens 15 Jahren ausgetauscht werden müssen. Je nach Anzahl der eingesetzten Module, können die dafür anfallenden Kosten erheblich sein.


Unser Praxistipp: Puffermodule mit VRLA-Akku richtig lagern!

VRLA-Batterien sind empfindlich, was die Temperatur betrifft, das gilt auch bei der Lagerung. Die Lagertemperatur sollte bei etwa 20 °C liegen. Ein VRLA-Akku darf darüber hinaus niemals in voll entladenem oder teilweise entladenem Zustand, sondern nur voll aufgeladen gelagert werden. Es ist zudem darauf zu achten, dass die Zellspannung nicht unterhalb von 2,10 Volt fällt.


FAQ – häufig gestellte Fragen zu Energiespeicher 

Kann ein Puffermodul eine USV ersetzen?

Eine Online-USV kann ein Puffermodul ersetzen, umgekehrt funktioniert das jedoch nicht. Ein Puffermodul ist lediglich dazu gedacht, kurzzeitige Ausfälle im Netz zu überbrücken. Ein USV-System hält dagegen, je nach Kapazität der Batterien, die Stromversorgung auch über zwei Stunden oder noch länger aufrecht. Zudem ist eine USV in der Lage, selbst große Anlagen wie ein Rechenzentrum zu versorgen.

Was ist ein Kondensator?

Vereinfacht gesagt ist ein Kondensator ein elektrisches Bauteil, das die Speicherung von elektrischer Ladung ermöglicht. Er besteht aus zwei leitenden Schichten, zwischen denen sich ein Isolator befindet.

Wo liegen die Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu VRLA-Akkus?

Lithium-Ionen-Akkus sind deutlich weniger sensibel, was die Umgebungstemperaturen betrifft. Ihre Haltbarkeit ist zudem deutlich höher als bei einem VRLA-Akku. Ein Wechsel der Batterien ist daher bei einer normalen Lebensdauer der USV ebenso wenig nötig wie Wartungsmaßnahmen. Li-Ion-Akkus bringen bei gleicher Leistung etwa ein Drittel weniger Gewicht auf die Waage. Die Ladevorgänge erfolgen im Vergleich zu einer VRLA-Lösung 4- bis 5-mal schneller. Auch die Selbstentladung fällt beim Lithium-Ionen-Akku deutlich geringer aus. Der große Nachteil sind die deutlich höheren Investitionskosten sowie strengere Vorschriften beim Transport.

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