USV-Dimensionierung: VA und W, Leistungsfaktor und Berechnung der Überbrückungszeit

Bei der Wahl einer USV gibt es zwei getrennte Fragen: Kann sie die Last tragen (Leistung), und wie lange (Energie)? Beides wird getrennt berechnet, und die meisten Fehldimensionierungen entstehen aus der Vermischung.

1. VA und W sind nicht dasselbe

USV-Geräte werden mit zwei Werten angegeben, VA (Scheinleistung) und W (Wirkleistung). Dazwischen liegt der Leistungsfaktor: W = VA × Leistungsfaktor. Eine USV mit 1000 VA und einem Leistungsfaktor von 0,9 trägt beispielsweise höchstens 900 W. Der Leistungsfaktor ist von Modell zu Modell verschieden; maßgeblich ist die Wirkleistungsangabe im Katalog. Auf der Lastseite gilt dasselbe: Ist die Leistung eines Servers in W angegeben, muss man sie nicht in VA umrechnen, aber die W-Grenze der USV muss größer sein als die Lastsumme.

2. Die Last richtig summieren

Die Typenschildleistung (Maximum) der Geräte zu addieren, ergibt ein übertriebenes Ergebnis; den tatsächlichen Verbrauch zu messen oder mit einem Leistungsmessgerät abzulesen ist genauer. Dennoch sollte man Anlaufbelastungen (Hochlaufen der Platten, Lüfter) und später hinzukommende Geräte berücksichtigen. Eine Reserve zu lassen, statt die USV mit ihrer vollen Nennleistung zu betreiben, ist ein gängiger interner Maßstab; die Reserve legen Sie nach Ihrer eigenen Vorgabe fest.

3. Überbrückungszeit: Energie geteilt durch Leistung

Der einfache Ansatz geht durch die folgenden Schritte. Beispiel: Last 300 W; zwei in Reihe geschaltete Batterien mit 12 V und 9 Ah (24 V, 9 Ah).

• Nennenergie: 24 V × 9 Ah = 216 Wh
• Bei 90 % Wechselrichterwirkungsgrad beträgt die der Batterie entnommene Leistung: 300 / 0,9 = 333,3 W
• Batteriestrom: 333,3 / 24 = 13,9 A
• Die Batterie ist nicht vollständig nutzbar: Mit 80 % nutzbarer Entladetiefe und einer Alterungs- oder Temperaturkorrektur von 80 % beträgt die nutzbare Kapazität 9 × 0,8 × 0,8 = 5,76 Ah
• Zeit: 5,76 / 13,9 = 0,415 Stunden, also etwa 24,9 Minuten

Kürzer als erwartet? Das ist normal: Nur etwa die Hälfte der nominalen 216 Wh ist tatsächlich nutzbar.

4. Rückwärts von einer Zielzeit rechnen

Man kann das umkehren. Sind für dieselbe Last 30 Minuten gewünscht, beträgt die benötigte nutzbare Kapazität 13,9 A × 0,5 h = 6,94 Ah, nominal 6,94 / 0,64 = 10,85 Ah; es braucht also einen Batteriestrang von etwa 11 Ah oder mehr. Die nächsthöhere Standardgröße ist zu wählen.

5. Grenzen der Berechnung

• **Die Last ist nicht konstant.** Die Laufzeit verlängert sich nichtlinear, wenn die Last sinkt; bei hohem Strom gibt die Batterie weniger Kapazität ab (Peukert-Effekt). Die Annahme konstanter Leistung ist eine Näherung.
• **Batterien altern.** Eine einige Jahre alte Batterie hat weniger Kapazität als zu Beginn; auch eine heiße Umgebung verkürzt die Lebensdauer.
• **Die Herstellerkurve ist maßgeblich.** Die Rechnung dient der Vorentscheidung; für die genaue Zeit zählt die Last-Laufzeit-Tabelle des Herstellers.
• **Entladeschlussspannung.** Die USV schaltet ab, wenn eine bestimmte Spannung unterschritten wird; diese „Tiefe“ muss zur in der Rechnung eingegebenen Entladetiefe passen.

Das Werkzeug nutzen

Geben Sie Ihre eigene Last, Batterie und Zielzeit in den USV-Überbrückungszeit-Rechner ein: Er berechnet die Laufzeit aus VA oder W, Leistungsfaktor, Wechselrichterwirkungsgrad, Alterungsreserve und optionalem Peukert-Exponenten, zeigt die Empfindlichkeit bei Laständerung und liefert im Rückwärtsmodus die benötigte Kapazität. Für die Kühllast des gesamten Serverraums gibt es die Serverraum-Leistungs- und Kühlungsrechnung. Für die Überprüfung Ihres Notstromkonzepts schreiben Sie uns.