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Jederzeit sicher versorgt

Kapazitive DC-USV-Systeme in modernen Infrastrukturen

4. November 2025, 7:30 Uhr | Von Sebastian Winter , Produktmanager Elektronik bei Block

Sicherungsmaßnahmen zur zuverlässigen und sicheren DC-Versorgung in Produktionsstätten, gewinnen auch in Industrienationen zunehmend an Bedeutung.

Statt Batterien nutzen kapazitive DC-USV-Systeme Supercaps oder Ultrakondensatoren als Speicherelemente. Ihr Vorteil: Sie lassen sich innerhalb von Sekunden laden oder entladen. Im Betrieb zeigen sie sich robust gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen und arbeiten praktisch verschleißfrei.

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Mit zunehmender Elektrifizierung und steigenden Ansprüchen an Produktionsanlagen, wächst auch die Bedeutung einer stabilen Stromversorgung. Selbst kurze Spannungseinbrüche können Prozesse stören oder Daten beschädigen. Daher sind Systeme zur unterbrechungsfreien Energieversorgung längst ein fester Bestandteil moderner Infrastruktur. Neben batteriebasierten USV-Systemen gewinnen kapazitive USV-Systeme, die auf Doppelschichtkondensatoren (Supercaps oder Ultrakondensatoren) basieren, zunehmend an Bedeutung.

Kapazitive USV-Systeme speichern Energie in Doppelschichtkondensatoren, die elektrische Energie innerhalb von Sekunden aufnehmen und abgeben können. Während Batterien ihre Energie über chemische Vorgänge einlagern, nutzen Superkondensatoren ein rein physikalisches Prinzip: Ionen lagern sich an den Elektroden an und bilden dort eine Doppelschicht. Dadurch sind Lade- und Entladevorgänge äußerst schnell möglich und die Bauteile können ohne nennenswerte Alterung mehrere hunderttausend Zyklen überstehen. Sie bieten damit eine deutlich längere Lebensdauer als herkömmliche Batterien.

Die Kernkomponenten eines kapazitiven USV-Systems

Ein typisches kapazitives USV-System besteht aus mehreren Kernkomponenten. So übernimmt der Energiespeicher in Form der Supercaps die Speicherung der elektrischen Energie. Eine Lade- und Kontrolleinheit reguliert den Ladezustand der Kondensatoren und stellt sicher, dass die gespeicherte Energie im Falle eines Netzausfalls sofort verfügbar ist. Eine Überwachungseinheit kontrolliert kontinuierlich den Zustand der Kondensatoren sowie das Stromnetz und erkennt frühzeitig Spannungsschwankungen oder Netzausfälle. Über eine Kommunikationsschnittstelle lassen sich die kapazitiven USV-Systeme von Block in bestehende Überwachungssysteme integrieren und Statusinformationen aus der Ferne abrufen.

Kapazitive USV-Systeme bieten zahlreiche Vorteile gegenüber batteriebasierten Lösungen. Supercaps punkten vor allem durch Langlebigkeit, da sie praktisch verschleißfrei arbeiten und über viele Jahre genutzt werden können. Sie laden und entladen sich innerhalb von Sekunden, sind im Betrieb robust gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen und kommen ohne kritische Materialien aus. Das reduziert sowohl den Wartungsaufwand als auch die ökologische Belastung. Im Vergleich zu Batterien bieten Supercaps zudem eine höhere Sicherheit, da sie physikalisch arbeiten und kein Risiko von Überhitzung, Auslaufen oder Explosion besteht. Dies trägt maßgeblich zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei.

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Kapazitive USV-Systeme haben sich längst in den unterschiedlichsten Bereichen etabliert. In der industriellen Produktion halten sie Maschinen und Steuerungen auch dann am Laufen, wenn das Netz ins Wanken gerät. Telekommunikationsanbieter sichern damit ihre Netzinfrastruktur ab, damit Gespräche und Datenverbindungen nicht abbrechen. In Rechenzentren verhindert die Technik Datenverluste und schützt Server vor plötzlichen Ausfällen. Besonders kritisch ist die kontinuierliche Energieversorgung in der Medizintechnik: Geräte wie Beatmungsmaschinen oder Infusionspumpen müssen ohne jede Unterbrechung arbeiten. Auch in der Energieerzeugung und -verteilung tragen kapazitive USV-Systeme dazu bei, Schwankungen abzufangen und die Stabilität des Netzes zu gewährleisten.

USV-Systeme für unterschiedliche Anforderungen

Ein Beispiel für leistungsfähige kapazitive USV-Systeme – entwickelt und gefertigt in Deutschland – bietet dabei das Portfolio der Firma Block. Dabei sind die verschiedenen Modelle speziell auf unterschiedliche Anforderungen zugeschnitten. Neben einer modularen Lösung gibt es auch kompakte Stand-Alone-Varianten, die sich ideal für kleine Steuerungen und IPCs eignen. Diese ermöglichen eine sichere 24-V-Versorgung und sind sowohl in kommunikativen als auch in nicht-kommunikativen Ausführungen verfügbar. Bei den Varianten mit Kommunikationsschnittstelle lassen sich über die kostenfreie UPS Control-Software flexibel parametrieren – von Lade- und Puffereinstellungen bis hin zur Konfiguration der Meldekontakte und des Überlastverhaltens. Für Anwendungen, bei denen keine Schnittstelle erforderlich ist, bieten Modelle mit automatischer Lasterkennung eine zuverlässige, kurzzeitige Pufferung bis 20 A, ohne dass eine aufwendige Konfiguration notwendig ist.

Im Fall der modularen Lösung wird dem Anwender dagegen eine eine skalierbare Pufferkapazität geboten, die je nach Zusammenstellung 20 oder 40 A sicher versorgen kann, was dieses System besonders leistungsfähig für anspruchsvolle Anwendungen macht. Ergänzend bietet Block auch Schaltnetzteile mit integrierter USV-Funktionalität an. Diese kombinieren die Funktionen eines herkömmlichen Netzteils mit einem auf Supercaps basierenden integrierten Energiespeicher, der während des Normalbetriebs aufgeladen wird und bei einem Netzausfall unterbrechungsfrei die angeschlossenen DC-Lasten versorgt.

Im unteren Leistungsbereich bieten die neuen kompakten kapazitiven USV-Module der PMC-0424-Serie eine zuverlässige Lösung. Zur Auswahl stehen dabei drei Varianten, die über unterschiedliche Kapazitäten verfügen, und speziell dafür ausgelegt sind, Lasten mit bis zu 5 A sicher zu puffern. Es ist auch möglich, die Module als externes Power-Boost-Modul für das vorgeschaltete Schaltnetzteil zu nutzen. Dadurch werden für wenige Sekunden bis zu 12 A zusätzlich aus dem kapazitiven Energiespeicher für Leistungsspitzen bereitgestellt. Zudem ist auch eine flache Variante verfügbar – ideal für den Einsatz in Installationsverteilern und flachen Bedienpulten. Damit wird nicht nur eine stabile Spannungsversorgung sichergestellt, sondern zugleich die Effizienz und Flexibilität des Gesamtsystems erhöht.

Herausforderungen bei der Implementierung

Trotz ihrer zahlreichen Vorteile bringt die Implementierung kapazitiver USV-Systeme gewisse Herausforderungen mit. Eine zentrale Aufgabe ist die Dimensionierung und Skalierung der Kapazitätsmodule, um den spezifischen Energiebedarf und die benötigten Pufferzeiten der Anwendung optimal abzudecken. Eine sorgfältige Planung und Auswahl der passenden Module sind hierbei entscheidend. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Überwachung der Systeme erforderlich, um eine langfristige Funktionsfähigkeit sicherzustellen. Auch wenn kapazitive USV-Systeme als wartungsfrei gelten, ermöglichen fortschrittliche Überwachungs- und Diagnosefunktionen, wie Block sie bietet, eine frühzeitige Erkennung von Problemen und tragen so zur höchstmöglichen Betriebssicherheit bei.

Kapazitive USV-Systeme, wie etwa die Block PC-0424-Serie, sind eine effiziente und zukunftssichere Lösung zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Stromversorgung in einer Vielzahl von Anwendungen. Ihre lange Lebensdauer, Wartungsfreiheit, schnelle Lade- und Entladefähigkeit sowie ihre hohe Temperaturbeständigkeit machen sie zu einer überzeugenden Alternative zu herkömmlichen batteriebasierten Systemen und tragen entscheidend zur Minimierung von Ausfallzeiten und zur Stabilität industrieller Prozesse bei.