Noodstroomvoorziening op basis van een UPS

In dit artikel bespreken we een noodstroomvoorziening op basis van een UPS, een Uninterruptible Power Supply. Dat is een apparaat die op basis van elektrische energie in een accu, apparatuur gedurende een bepaalde tijd van elektriciteit kan voorzien.

Het aantal apparaten dat je aan kan sluiten en de tijd dat de UPS elektriciteit kan leveren is doorgaans beperkt. Deze oplossing is een heel andere oplossing dan een noodstroomvoorziening met een thuisbatterij die een UPS functie heeft.

Introductie

Een UPS is feitelijk een hele algemene term voor een noodstroomvoorziening die bij een stoomstoring binnen een aantal seconden (diesel aggregaten), of soms zelfs ononderbroken (accu gebaseerde UPS) apparaten van elektriciteit kan voorzien.

De UPS die we hier bespreken is een UPS die werkt met een accu die kan zorgen voor een bepaalde autonomietijd. Dit type UPS wordt al zolang gebruikt als dat er computers bestaan. Vrijwel alle servers zijn aangesloten op een UPS. Maar een UPS wordt ook door bezitters van een desktopcomputer gebruikt als de netspanningsvoorziening in een land of regio onbetrouwbaar is (regelmatig uitvalt).

Met een UPS kan een kleine stroomstoring overbrugd worden. Mocht deze te lang duren, dan heb je de tijd om de computer op een normale manier af te sluiten waardoor fouten in het filesysteem voorkomen kunnen worden zoals dit zou gebeuren als zomaar de spanning van een computer uitvalt en de kans op corrupte bestanden of bestanden die geheel verloren zijn gegaan aanwezig is.

Bij servers heeft de UPS de taak om de server(s) de tijd te geven om bij een stroomstoring netjes, en vaak automatisch, af te sluiten (down te brengen). Zou bij een server namelijk de spanning zomaar wegvallen dan levert dat problemen op met openstaande files, en "dirty cache", dat zijn bestanden die wel in het interne geheugen staan van de server maar nog in de wachtrij staan om weg geschreven te worden naar disc of ssd. Door de server een "down" signaal te geven, worden alle processen netjes afgesloten, en alle "aangepaste bestanden" worden netjes naar het filesysteem geschreven en als laatste schakelt de server zich uit. Die heet het "graceful shutdown" van een server.

Zo'n graceful shutdown wordt geïnitieerd doordat de UPS een "downsignaal" geeft aan de server, of als de UPS daar niet in voorziet zal de systeembeheerder zelf de server down brengen.

Het afsluiten van een server kost doorgaans niet veel meer dan een paar minuten en daar zijn vele UPS systemen ook op gedimensioneerd. Die hebben een beperkte autonomietijd. Dat zit eerder in de buurt van 5 of 10 minuten (als sommigen dat al halen) dan een half uur of langer.

Kosten

De kosten voor een UPS worden primair bepaalt door de accucapaciteit, dat komt omdat de accu het duurste onderdeel van een UPS is. Secundair wordt de prijs bepaald door het maximaal te leveren vermogen. Het is daarom haast onmogelijk om iets over de kosten te zeggen. Je kan een UPS al kopen voor 300 euro, maar ze zijn ook voor 1000 euro en nog veel duurder te koop. UPS modellen die goedkoper zijn dan 300 euro hebben doorgaans een zéér kleine accu en ook een klein te kunnen leveren vermogen. Voor huishoudelijke toepassingen heb je daar niets aan.

Vermogen

Wil je een UPS gebruiken voor huishoudelijke doeleinden zoals een koelkast, vriezer of dat soort dingen, dan moet je heel goed naar het maximaal te leveren vermogen (uitgedrukt in Watt) kijken. Hoewel een koelkast en vriezer doorgaans maar een gering opgenomen vermogen hebben van circa 50 Watt, is hun aanloopstroom zeer hoog, die kan wel tien keer zo hoog zijn. Dat betekent dat een UPS dan minimaal 500 Watt moet kunnen leveren, liever wat meer.

Autonomietijd

De autonomietijd wordt vooral bepaald door het opgenomen vermogen van de apparaten die je aansluit en de capaciteit van de accu in de UPS. Heb je een UPS met een accucapaciteit van bijvoorbeeld 0,5 kWu (500 Wu) en je sluit hierop een laptop die een opgenomen vermogen heeft van bijvoorbeeld 40 Watt, dan is de autonomietijd: 500 Wu / 40 Watt = 12,5 uur.

Een vriezer die een verbruik heeft van bijvoorbeeld 0,5 kWu per dag, zal precies één dag blijven werken, immers 0,5 kWu / 0,5 kWu/dag = 1 dag. Zou je naast de vriezer ook de koelkast op de UPS aansluiten, en die koelkast verbruikt waarschijnlijk iets van 0,4 kWu/dag, dan wordt de autonomietijd: 0,5 kWu / 0,9 kWu/dag = 0,55 dag of 13,2 uur.

Overigens, een UPS met een accucapaciteit van 0,5 kWu of meer zal je niet zo snel vinden, of hij zit al in een prijsklasse die je laat omkijken naar een alternatief. Het meest voor de hand liggende alternatief, dat ook nog eens heel redelijk geprijsd is, zijn de powerstations met een UPS functie.

In de specificaties van een UPS wordt de accucapaciteit meestal in een Ah-waarde en accuspanning gegeven en niet in de vorm van een Wu of kWu waarde. We hebben een artikel waarin je kan lezen hoe je de Ah-waarde kan omrekenen naar een kWu waarde.

Langdurige bewaring

Mocht je een UPS kopen om die maar te hebben als er een stoomstoring zich voordoet, dan hebben we een vervelende mededeling voor je. Op het moment van schrijven worden in de meeste UPS'en een loodzuuraccu gebruikt (in de vorm van meestal een "GEL-accu"). Zo'n accu kent een hoge zelfontlading van zo'n 7% per maand. Bij de Gel-accu is het onverstandig om die verder te ontladen dan 50%. Dus als je de accu van de UPS geheel oplaad en daarna in de doos doet, moet je niet vreemd opkijken als na een half jaar praktisch gezien vrijwel leeg is (6 x 7% = 42%, dan is haast de praktisch bruikbare capaciteit van een Gel-accu al weg).

Een tweede vervelende mededeling is dat een loodzuuraccu doorgaans een korte levensduur heeft. Onze ervaring is dat de accu van een UPS al na drie tot vijf jaar vervangen moet worden.

Op het moment van schrijven konden we nog niet zo snel UPS'en vinden die voorzien waren van een LFP accu. Dat type accu, die ook bij thuisbatterijen en powerstations wordt gebruikt heeft, in vergelijking met loodzuuraccu's een zeer lange levensduur én is de zelfontlading maar zo'n 3% per maand. Het punt van aandacht bij een LFP accu is dat je hem niet continue voor 100% geladen moet houden. Door dit te beperken tot 70%, wat vaak bij apparaten die met een LFP accu werken instelbaar is, zal dat probleem geen rol van betekenis meer spelen.

Sluipverbruik

Bij een UPS is het sluipverbruik een punt van aandacht. Het is niet vreemd dat een hele kleine UPS al een standby-verbruik heeft van bijvoorbeeld 30 Watt. En zo'n vermogen tikt flink aan als je hem 24/7 aan hebt staan.

Werking UPS

We willen hier niet diep ingaan in alle mogelijke technische implementaties van een UPS, want er zijn er een heel aantal. Vanuit het gebruikersperspectief werkt de UPS als volgt: de ups heeft een snoer met een 230 Volt stekker. Die steek je in een randaarde wandcontactdoos. De UPS is voorzien van één of meerdere 230 Volt randaarde wandcontactdozen. Daarop sluit je de apparatuur die beschermd moet worden tegen netspanningsuitval. Wanneer de netspanning wegvalt, zal de UPS dit met een harde "piep-piep-piep" duidelijk maken. Je kan dan je apparaat nog een tijdje gebruiken, maar verwacht bij een UPS geen lange autonomietijd. Heb je een computer en hoor je de UPS een piepsignaal geven, sluit dan je applicaties af en breng je systeem down. Want als jij het niet doet, dan valt over een paar minuten (of iets langer) de computer vanzelf uit omdat de UPS dan geen 230 Volt kan leveren.

Noodstroom activeren

Omdat de UPS een passieve noodstroomvoorziening is, hoef je niets te doen bij een stroomstoring, het apparaat wat aan de UPS is gekoppeld zal gewoon door blijven werken omdat geen onderbreking plaatsvindt als de netspanning is uitgevallen.

Conclusie

De meeste bezoekers van onze site zijn op zoek naar een noodstroomvoorziening waardoor bepaalde apparaten in huis nog een tijdje kunnen blijven werken tijdens een stroomstoring. Voor die doelgroep is, naar onze mening, een UPS niet geschikt. Een powerstation of powerstation met UPS functie, of een thuisbatterij met UPS functie biedt doorgaans veel meer waar voor je geld én een langere autonomietijd.