Was leistet skalierbare USV-Technologie?

Eine der größten Herausforderungen, mit denen sich die Manager von Rechenzentren (RZ) heutzutage konfrontiert sehen, ist zukunftssichere Skalierbarkeit. Wie prognostiziert man das zukünftige Nutzungsverhalten? Wie kann man die Technik an eine sich schnell verändernde und immer stärker vernetzte Welt anpassen? 5G-Netze sind fast schon Realität und werden eine neue Norm für Kommunikationsgeschwindigkeiten und Bandbreite etablieren. Sie könnten dem Internet der Dinge (IoT) dann endlich (neben WiFi) eine geeignete Kommunikationsinfrastruktur geben. Das würde die Vision von Milliarden von verbundenen Geräten erfüllen, deren Daten in cloud-fähigen Rechenzentren gespeichert sind.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 12/2017. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Mit dem Ausbau des Rechenzentrums ergeben sich Probleme im Zusammenhang mit den Energie- und Kältekapazitäten. Jede Erweiterung, die die Effizienz des Systems beeinflusst, muss optimiert werden. Die Ausfallsicherheit muss auch durch Redundanz gewährleistet sein, besonders wenn das RZ mit einer hohen Tier-Klassifizierung zertifiziert ist. Beim Ausbau des Strombedarfs ist vor allem darauf zu achten, die installierte USV-Leistung und die damit verbundenen Überbrückungsleistungen entsprechend zu skalieren.

USV-Systeme können entweder als zentrale Stromversorgungslösung in einem separaten Technikraum, als dezentrale Lösung zur Versorgung über lokale Verteiler installiert oder in freien Einheiten in den ServerSchrankreihen integriert werden. Kleinere USV-Anlagen finden direkt in den Server-Schränken selbst Platz. Wo und wie eine USV installiert wird, hängt oft von ihrer Größe und der zur Verfügung stehenden Grundfläche, der Kühlung und der elektrischen Infrastruktur ab.

Erweiterungsprobleme bei Monoblock-USV

Traditionell bieten die meisten USV-Hersteller nur unterbrechungsfreie Stromversorgungen in Monoblockbauweise an. Möchte man damit die Redundanz (N+1) oder die Gesamtleistung erhöhen oder sogar eine Kombination aus beidem realisieren, müssen weitere Einheiten dieser autonomen Systeme parallel hinzugeschaltet werden. Die Monoblock-USV bietet zwar Robustheit, jedoch keine einfachen Skalierungsmöglichkeiten, wenn neue Server-Kapazitäten online geschaltet oder durch Virtualisierung sogar reduziert werden. So kann nicht gewährleistet werden, dass Systeme dieser Bauweise immer am Effizienzmaximum arbeiten.

Mit einem Monoblock-USV-System gibt es lediglich zwei Möglichkeiten, dem Ausbau der IT-Infrastruktur zu begegnen: Zum einen kann von Anfang an eine überdimensionierte USV installiert werden, um für das prognostizierte Wachstum auch in Zukunft gerüstet zu sein. Alternativ kann man bereits eine zusätzliche USV für einen späteren Zeitpunkt mit einplanen. Bei dieser Variante müssen bei der Auslegung des ersten USV-Systems Faktoren wie die elektrische Verkabelung, die Kompatibilität sowie die Niederspannungsschaltanlage, die Unterverteilung und die Stellfläche berücksichtigt werden, damit die spätere Erweiterung problemlos installiert werden kann. Beide genannten Ansätze können sich als sehr kostspielig erweisen und zu einer geringeren Energieeffizienz führen. Das gilt insbesondere dann, wenn der zusätzliche Energiebedarf zu gering für die Auslastung der zweiten USV ist, da es dann zu einer Überproportionierung der USV kommt.

Modulare USV-Anlagen bieten einen kostengünstigeren und attraktiveren Weg der Nachrüstung. Die Grundlage dafür stellen spezielle USV-Systeme, in denen eine Anzahl von Modulen Platz findet. Diese enthalten die Ein- und Ausgangsanschlüsse, einen automatischen Umschalter sowie einen Wartungs-Bypass und ermöglichen die Ferndiagnose und Kommunikation mit der USV. Die Gesamtleistung ergibt sich aus der Anzahl der verbundenen Module bzw. Schränke.

Angenommen, man benötigt 20 kVA Leistung, so kann dann durch ein zusätzliches 10-kVA-Modul eine Redundanz für die gesamte USV aufgebaut werden. Erhöhen sich nun die Leistungsanforderungen über die 20 kVA hinaus, so kann einfach ein weiteres Modul installiert werden. Dies wird als vertikale Skalierung bezeichnet. Bei einer Monoblock-USV müsste man für Redundanz bereits ein zusätzliches USV-System hinzuschalten. Bei anschließender Erhöhung der Leistung wäre hier eine dritte USV notwendig (horizontale Erweiterung).

Was bringen modulare USV-Anlagen?

1. Modulare USV-Anlagen sind bei erforderlicher Redundanz einfacher zu installieren als Monoblock-Parallel-Systeme. Dies erfordert weniger komplexe Elektroinstallationen und führt zu niedrigeren Installationskosten. Die maximale Ausbaustufe der USV sollte genau wie alle zugehörigen Niederspannungsschaltgeräte und -verteilungen entsprechend der endgültigen Lastgröße gewählt werden.
2. Zudem arbeiten die Systeme in der Regel energieeffizienter, da überflüssige Module in den Ruhemodus gesetzt werden, wenn sie nicht zur Abdeckung der Gesamtleistung erforderlich sind. Somit verteilt sich die Gesamtlast auf weniger Module, wodurch die USV in einem höheren Wirkungsgradbereich laufen kann.
3. Die vertikale Skalierung erfordert keinen zusätzlichen Platzbedarf. Die Reduzierung der Grundfläche im Vergleich zu einem Monoblockkonzept bedeutet einen Platzgewinn im Technikraum. Bei Bedarf kann das modulare USV-System innerhalb der Weißraum­umgebung installiert werden, was nicht mehr Platz beansprucht als ein typisches Rack. Einige Anbieter bieten auch Kombinationssysteme an, die sowohl USV-Module als auch einen Batteriesatz aufnehmen können.
4. Modulare USV-Anlagen bieten Flexibilität, nicht nur im Hinblick auf Wachstum, sondern auch auf Servicefreundlichkeit und Betriebskonfiguration. USV-Module sind in der Regel so konzipiert, dass sie „Plug and Play“ im laufenden Betrieb zulassen können. Wenn ein Rechenzentrum zwei oder mehr modulare USV-Systeme betreibt, können die Module je nach Bedarf zwischen den Systemen gewechselt werden.
5. Die Flexibilität des Designs trägt auch dazu bei, die Reaktionszeiten bei Servicefällen und Reparaturen zu verkürzen. Vor-Ort-Wechsel können innerhalb weniger Minuten vom Servicetechniker direkt durchgeführt werden. Die niedrigen Kosten der USV-Module ermöglichen es auch, Ersatzmodule vorzuhalten, sodass defekte Module direkt ausgetauscht werden können, ohne auf die Ersatzteillieferung warten zu müssen.Quelle: AEG Power Solutions

Bildquelle: AEG