Bisher fanden Notstromversorgungen oder unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlagen, kurz USV-Anlagen, in versorgungsrelevanten öffentlichen Einrichtungen wie beispielsweise Banken, Krankenhäusern, Rechenzentren oder Stellwerken Verwendung. Durch die effiziente Weiterentwicklung sind Notstromversorgungen bzw. USV-Anlagen auch für private Anwender sehr interessant geworden. USV steht in diesem Zusammenhang für „unterbrechungsfreie Stromversorgung„ und stellt eine Sonderform der Notstromversorgung dar. Im englischsprachigen Raum werden USV-Anlagen häufig als UPS („Uninterruptible Power Supply”) bezeichnet. Aber warum sind USV-Anlagen für Privatpersonen interessant?

Sollte im Winter einmal der Strom ausfallen, können Zentralheizungen nicht betrieben werden, da weder Pumpen noch Brenner ohne Netzstrom funktionieren. Muss in diesem Fall dennoch der Betrieb aufrechterhalten werden, um beispielsweise das Einfrieren der Wasserleitungen zu verhindern, wird eine zusätzliche Stromversorgung benötigt. Im Beispiel einer Zentralheizung im Haus könnte in diesem Fall ein mit Kraftstoff betriebenes Notstromaggregat angeschlossen werden. Für den Einsatz müsste man dann jedoch vor Ort sein, den Stromausfall bemerken und hoffen, dass das Aggregat nach längerer Standzeit und Kälte direkt startet. Wesentlich zuverlässiger ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit einem ECTIVE Wechselrichter der TSI-, CSI, oder SSI-Serie. Diese versorgt die angeschlossenen Geräte auch während einer Stromunterbrechung mit 230 V Wechselstrom.

Eine klassische USV-Anlage besteht aus einem Wechselrichter, einem 230 V Batterieladegerät sowie einer Versorgungsbatterie. Die elektronischen Geräte werden über den 230 V Stromausgang des Wechselrichters versorgt. Im Regelfall ist dies bei einer USV eine der Schuko-Steckdosen des Wechselrichters. Im speziellen UPS-Modus, dem Netzvorrangmodus, nutzen ECTIVE-Wechselrichter der TSI-, CSI- und SSI-Serie primär den 230 V Stromeingang. Dieser Vorgang wird als Bypass-Funktion bezeichnet da der Eingangsstrom direkt „weitergegeben” wird. Im Falle eines Stromausfalls schaltet der Wechselrichter binnen Bruchteilen einer Sekunde auf Batteriebetrieb um. Während des Stromausfalls werden alle angeschlossenen Geräte weiter mit Strom versorgt, sodass diese unterbrechungsfrei betrieben werden können. Nach dem Stromausfall schaltet der Wechselrichter automatisch in den normalen Netzbetrieb. Die hierfür besonders geeigneten ECTIVE Wechselrichter der TSI-, CSI- und SSI-Serie sind für den Dauerbetrieb ausgelegt und können dauerhaft angeschlossen bleiben. Alle ECTIVE Wechselrichter mit integriertem Ladegerät besitzen eine intelligente Ladeüberwachung, wodurch die Versorgungsbatterie nicht überladen werden kann und die USV jederzeit einsatzfähig ist.

Auf den ersten Blick kann man hier schnell den Überblick verlieren. Beispielsweise kann mit ein und demselben ECTIVE Wechselrichter eine USV-Anlage oder, nur durch Wechsel vom UPS-Modus in den ECO-Modus, eine Inselanlage mit Netzstrombackup aufgebaut werden. Dies bietet den Vorteil, dass je nach aktueller Situation oder Jahreszeit zwischen den Modi gewechselt werden kann.

USV: Unterbrechungsfreie Stromversorgung für zuhause

Eine USV-Anlage kann mit einem ECTIVE Wechselrichter der TSI, CSI oder SSI-Serie und einer Versorgungsbatterie aufgebaut werden. Der Wechselrichter der in diesem Fall im UPS-Modus, dem Netzvorrangmodus, arbeitet bildet das Herzstück der Anlage und überwacht dauerhaft die Stromversorgung.

• Der Netzbetrieb mit effizienter Bypass-Funktion
  Im Netzbetrieb werden die angeschlossenen elektronischen Geräte über den 230 V Netzanschluss versorgt. In der Bypass-Funktion wird die Versorgungsbatterie nicht belastet und der eingehende Wechselstrom wird nicht umgewandelt, wodurch der Wechselrichter sehr effizient arbeitet. Eventuelle Schwankungen und Unregelmäßigkeiten durch die Eingangsstromquelle werden unverändert weitergegeben. Dies muss vor allem beim Betrieb mit Stromgeneratoren beachtet werden.

• Der Batteriebetrieb während des Stromausfalls
  Im Falle eines Stromausfalls übernimmt die USV mit geeignetem ECTIVE Wechselrichter in weniger als 16 ms die Stromversorgung. Hierfür wandelt der Wechselrichter die 12 V bzw. 24 V Gleichspannung aus den Versorgungsbatterien in 230 V Wechselspannung mit einer reinen Sinuswelle um und versorgt die angeschlossenen Geräte, sodass diese unterbrechungsfrei betrieben werden können. Zum Schutz der Versorgungsbatterien wird hierbei dauerhaft die Spannung überwacht und eventuell notwendige Schutzmaßnahmen werden eingeleitet.


• Erneuter Netzbetrieb während des Stromausfalls
  Nach dem Ende des Stromausfalls versorgt der Wechselrichter im UPS-Modus die Geräte über die Bypass-Funktion direkt mit 230 V aus dem Hausanschluss. Für die maximale Sicherheit und maximale Überbrückungszeit sollte die Versorgungsbatterie der USV-Anlage immer vollständig geladen sein. Um dies sicherzustellen, empfiehlt es sich einen Wechselrichter mit integriertem Batterieladegerät zu verwenden. Die geeigneten ECTIVE Wechselrichter der CSI- und SSI-Serie besitzen ein integriertes intelligentes Batterieladegerät in einem Gerät.

Ersatzstromversorgung als Notstromversorgung mit kurzen Unterbrechungen

Bei einer Ersatzstromversorgung kann es beim Umschalten oder Umstecken von Normal- auf Notstrombetrieb zu Unterbrechungen der Stromversorgung kommen. Ein bekanntes Beispiel ist die Zeit des Startens eines Benzingenerators. In diesem Fall kann es vorkommen, dass der Betrieb der Geräte für einige Minuten unterbrochen wird. Wesentlich leiser, zuverlässiger und ohne Abgase ist eine Notstromversorgung mit einer ECTIVE All-In-One Ersatzstromversorgung. Diese können immer dann als Ersatzstromversorgung verwendet werden, wenn eine kurze Unterbrechung der Geräte zulässig ist. Da das Anschalten und Umstecken der Geräte meist händisch vorgenommen werden muss, erfolgt die Art der Notstromversorgung, im Gegensatz zu einer USV-Anlage, nicht automatisch.

Mit einer USV-Anlage oder einer Ersatzstromversorgung bei der die Versorgungsbatterie über das Stromnetz geladen wird, ist die Stromversorgung nicht vollkommen autark. Sowohl bei einer Ersatzstromversorgung als auch einer USV kann eine zusätzliche Stromversorgung über eine Solaranlage erfolgen.

Inselanlage mit Versorgungsbatterie und 230 V Wechselrichter für Haushaltsgeräte

Eine autarke Inselanlage ist nicht, beziehungsweise nur als Backup, an das öffentliche Versorgungsnetz angeschlossen. Über eine unabhängige Stromquelle, zum Beispiel eine Solaranlage, werden die Versorgungsbatterien geladen. Der 230 V Wechselrichter versorgt bei einer Inselanlage die elektronischen Haushaltsgeräte mit der gespeicherten Energie aus den Batterien. Für diesen Einsatz eignen sich besonders ECTIVE Wechselrichter der SSI-Serie, da diese bereitseinen MPPT-Solarladeregler integriert haben. Zusätzlich kann das System durch weitere MPPT-Solarladeregler erweitert werden.

600 W Solar-Balkonkraftwerk - Die Einspeisung von Solarstrom in das Hausnetz

Bei einem klassischen „Solar-Balkonkraftwerk” wird der über die Solaranlage gewonnene Gleichstrom mit einem Wechselrichter umgewandelt und phasensynchron in das Hausnetz eingespeist. Der so gewonnene Strom muss direkt genutzt werden, da keine Speicherung stattfindet. ECTIVE Wechselrichter sind für den autarken Bereich oder für USV-Anlagen vorgesehen. Die ECTIVE Wechselrichter sind nicht für die Einspeisung in das bestehende Hausnetz vorgesehen, sondern zur Versorgung einzelner elektronischer Geräte. Eine Einspeisung in das bestehende 230 V Hausnetz ist mit einem ECTIVE Wechselrichter nicht zulässig. Der Wechselrichterausgang eines ECTIVE Wechselrichters darf auf keinen Fall mit einer Wechselspannungsquelle verbunden werden.

Eine USV-Stromversorgung besteht im Wesentlichen aus drei Einheiten:

1. Einer zuverlässigen Versorgungsbatterie als Energiespeicher. Besonders empfehlenswert sind Versorgungsbatterien mit der langlebigen und wartungsfreien LiFePo4-Batterietechnologie und integriertem BMS.


2. Einem Wechselrichter mit Netzvorrangschaltung und automatischer Umschaltfunktion auf Batteriebetrieb. Für eine höhere Effizienz ist ein Wechselrichter mit Bypass-Funktion zu empfehlen.


3. Einer intelligenten Ladeinheit, um die Versorgungsbatterie auf dem optimalen Ladezustand zu halten. In allen ECTIVE Wechselrichtern der CSI- und SSI-Serie sind bereits intelligente Ladegeräte verbaut, wodurch die Versorgungsbatterie stets optimal geladen werden und jederzeit einsatzfähig sind.

Versorgungsbatterien haben meist eine Gleichspannung von 12 V DC, 24 V DC oder 48 V DC. Die meisten Haushaltsgeräte mit 230 V benötigen eine reine Sinuswechselspannung. Ein Wechselrichter wandelt die Gleichspannung aus den Versorgungsbatterien in 230 V Wechselspannung um. Somit können übliche Haushaltsgeräte, Heizungspumpen, Teichpumpen und Apnoe Beatmungsgeräte unabhängig vom Stromnetz versorgt werden. Ein ECTIVE Wechselrichter mit UPS-Funktion und Stromanschluss überwacht permanent die Verfügbarkeit von Netzstrom und schaltet bei Bedarf vom Bypass-Modus binnen weniger Millisekunden auf Batteriebetrieb um.

Ja, ECTIVE Wechselrichter der TSI-, CSI- und SSI-Serie können sowohl in einer USV, einer Ersatzstromversorgung oder auch für eine Inselanlage eingesetzt werden. Hierfür stehen unterschiedliche umschaltbare Funktionen zu Verfügung.

Im umweltfreundlichen ECO-Modus, dem Batterie-Vorrang-Modus, arbeitet ein ECTIVE-Wechselrichter im Inselbetrieb und versorgt alle Geräte mit Strom aus der Versorgungsbatterie bzw. Solaranlage, obwohl Netzstrom zur Verfügung steht. Die Versorgungsbatterien werden im Inselbetrieb meist über Solarmodule und MPPT-Solarregler oder Windkraftanlagen geladen. Um eine schädliche Unterspannung der Versorgungsbatterie zu vermeiden, wird im ECO-Modus permanent die Batteriespannung überwacht. Sollte die Batteriespannung auf die Mindestspannung von 11 V (12 V Version) bzw. 22 V (24 V Version) fallen, schaltet der ECTIVE Wechselrichter automatisch in Netzbetrieb um. Im Gegensatz zu einer USV, bei der die Versorgungsbatterie immer vollständig geladen sein sollte, werden die Batterien bei einer Inselanlage häufig ge- und entladen. Daher sollte bei der Auswahl der Batterie auf möglichst viele Ladezyklen sowie eine hohe Effizienz pro Zyklus geachtet werden.

Eine USV sollte immer dann eingesetzt werden, wenn elektrische Geräte auch bei Stromausfall automatisch und zuverlässig ihren Dienst verrichten sollten. Klassische Beispiele sind: Wärmepumpen, Umwälzpumpen, Beatmungsgeräte, Kühlschränke, Teichpumpen, Alarmanlagen, Überwachungseinheiten, LTE-Router...

Je nach Anwendung und anfänglichen Investitionskosten kommen hier unterschiedliche Technologien in Frage. Bei USV-Batterien handelt es sich um AGM-, Gel- oder LFP-Versorgungsbatterien.

AGM- oder Gel-Versorgungsbatterien für USV-Anlagen

AGM- oder Gel-Batterien bestechen durch geringe erste Investitionskosten, sind jedoch bei weitem nicht so effizient und langlebig wie LiFePo4-Batterien. Da AGM- und Gel-Batterien meist kein eigenes Batteriemanagement System besitzen, kann es bei der Verwendung dieser Batterietechnologie zu einer Teilschädigung oder Schädigung der Batterien kommen. Um das Risiko zu minimieren, werden bei einer drohenden Unterspannung von 10,8 V bzw. 21,6 V (bei 24 V Systemen) akustische und optische Warnsignale von den ECTIVE Wechselrichtern ausgesendet. Ab einer absoluten Unterspannung von 10,2 V bzw. 20,4 V (bei 24 V Systemen) schalten alle ECTIVE Wechselrichter ab, um die Batterie zu schützen.

Die Vorteile von LFP-Batterien für USV-Anlagen

LFP-Versorgungsbatterien mit LiFePo4-Speichertechnologie zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer, hohe Leistungsfähigkeit, Wartungsfreiheit, geringe Entladung und geringen Leistungsverlusten aus. Dies Eigenschaften machen LFP-Versorgungsbatterien zu sehr zuverlässigen Energiespeichern für USV-Anlagen. Darüber hinaus besitzen sie eine geringe Selbstentladung, eine flache Spannungskurve und eine ausgezeichnete Hochstromeigenschaft. Durch das integrierte BMS-System sind ECTIVE LiFePo4-Batterien noch sicherer und schützen sich selbst vor einer schädlichen Über- sowie Unterspannung. Im Gegensatz zu AGM- oder Gel-Batterien können aus einer LiFePo4-Versorgungsbatterie nahezu 100% der Nennkapazität entnommen werden.

Bei konventionellen USV-Anlagen erfolgt das Aufladen der Versorgungsbatterie über ein 230 V Ladegerät. Dieses kann entweder bereits im Wechselrichter, wie bei der ECTIVE CSI- oder SSI-Serie integriert sein oder als zusätzliches Gerät installiert werden. In einigen Fällen kann eine zusätzliche Solaranlage eine ideale Systemerweiterung darstellen.

Je nach Gesamtdauerleistung der zu betreibenden Geräte sollte die Leistungsklasse des Wechselrichters gewählt werden. Ein besonderes Augenmerk sollte hierbei auch auf die zum Teil sehr hohen Anlaufströme einzelner Geräte gelegt werden.

Je nach Gesamtdauerleistung der zu betreibenden Geräte sollte die Leistungsklasse des Wechselrichters gewählt werden. Ein besonderes Augenmerk sollte hierbei auch auf die zum Teil sehr hohen Anlaufströme einzelner Geräte gelegt werden.

Welche Batteriekapazität wird mindestens benötigt?

Die mindestens erforderliche Nennkapazität hängt zum einen von der verwendeten Batterietechnologie, der Batterienennspannung, der Überbrückungszeit als auch von dem ausgewählten Wechselrichter ab. Weitere Informationen hierzu finden sich in der Anleitung des entsprechenden Wechselrichters. Besonders empfehlenswert für USV-Anlagen sind effiziente, langlebige und sichere LiFePo4-Versorgungsbatterien, die sich aufgrund weiterer Vorteile bestens als USV-Batterie eignen. Anhand der gemittelten Dauerleistung und Überbrückungszeit kann die erforderliche Batteriekapazität ermittelt werden.

Sollen zwei elektrische Verbraucher mit je 50 W Dauerleistung für je zehn Stunden betrieben werden, ergibt sich hieraus eine benötigte Energie von: 2* 50 W * 10 h = 1 000 Wh. Um den Verlusten in den Leitungen sowie der Umwandlungsverluste gerecht zu werden, empfiehlt sich ein Sicherheitsfaktor von 1,5. Hieraus ergibt sich eine mindestens zu entnehmende Kapazität von 1.000 Wh*1,5 = 1.500 Wh. Bei einer Batterienennspannung von 12 V entspricht dies: 1.500 Wh /12 V = 125 Ah. Da aus einer LFP-Batterie annähernd 100% der angegebenen Nennkapazität entnommen werden kann, könnte in diesem Beispiel eine 12 V LC 150L LFP-Versorgungsbatterie mit 150 Ah Nennkapazität eingesetzt werden. Aus einer AGM-Batterie können ca. 50% der angegebenen Nennleistung entnommen werden. Dies beutetet für unser 12 V Rechenbeispiel, dass eine AGM-Batterie mindestens eine angegebene Nennkapazität von 250 Ah benötigt. Unmittelbar nach der Stromentnahme sollte eine Verbraucherbatterie erneut aufgeladen werden.

Wird immer ein Ladegerät im Wechselrichter benötigt?

Die ECTIVE CSI- und SSI-Wechselrichter besitzen zusätzlich zur 230 V Sinuswechselrichterfunktion ein intelligentes IUoU-Ladegerät. Das intelligente Ladegerät erkennt den Ladezustand der Versorgungsbatterie und lädt diese bei Bedarf auf. Durch die Spannungsüberwachung wird eine schädliche Überladung verhindert und die Batterie geschont.

Was macht ein integrierter MPPT-Regler im Wechselrichter?

Die SSI-Wechselrichterserie bildet das Flaggschiff unter den Wechselrichtern und vereint Wechselrichter, intelligentes Ladegerät sowie einen bis zu 550 Wp MPPT-Solarregler in einer Einheit. Durch die Integration mehrerer Funktionen in einem Gerät ist der Anschluss besonders übersichtlich. Bei Bedarf kann das System durch weitere MPPT-Solarregler erweitert werden.

Bei der Anschaffung eines Wechselrichters sollte immer darauf geachtet werden, dass dieser eine reine Sinuswelle erzeugt und über eine ausreichende Dauerleistung verfügt. Die Systemgleichspannung der Batterieeinheit sollte auf Grund der Effizienz und Leistungsfähigkeit der Komponenten und Leitungen möglichst hoch gewählt werden. Alle ECTIVE Wechselrichter werden in 12 V und 24 V Ausführungen angeboten. Sollte es möglich sein, die USV oder die Inselanlage mit einem 24 V System aufzubauen, ist dies in den meisten Fällen zu bevorzugen. Die Nennspannung der Batterie muss hierbei der Systemgleichspannung und angegebenen Eingangsspannung des Wechselrichters entsprechen. Eventuell kann die erforderliche Systemspannung durch eine Reihenschaltung mehrerer Versorgungsbatterien erreicht werden. Informationen hierzu sowie zum empfohlenen Mindestkabelquerschnitt in Abhängigkeit zur Systemspannung und zur Dauerleistung des Wechselrichters findest du in der Anleitung des entsprechenden Wechselrichters.

Viele elektronische Geräte benötigen beim Einschalten oder Anlaufen ein Vielfaches des Nennstroms. Bei einigen leistungsstarken Geräten ohne Sanftanlauf oder einigen LEDs, Netzteilen, Transformatoren usw. kann dies für wenige Augenblicke das 5-10fache der Nennleistung sein. Um diese Spitzen abzufangen, können ECTIVE Wechselrichter für die 2 Sekunden 200% der angegebenen Nennleistung und für 10 Sekunden das 150% der angegebenen Nennleistung abgeben. Bei einem Wechselrichter mit 3.000 Watt Dauerleistung bedeutet dies für 2 Sekunden 6.000 Watt und für eine Dauer von 10 Sekunden 4.500 Watt.

Beim Einbau der Wechselrichter müssen alle Informationen der Anleitung gelesen, verstanden und berücksichtigt werden. Darüber hinaus müssen alle geltenden Vorschriften sowie Richtlinien eingehalten werden. Eine Installation von 230 V Anschlüssen darf nur von einer hierfür geschulten Fachperson durchgeführt werden. Bei der Installation müssen alle Mindestkabelquerschnitte entsprechend der Anleitung und Richtlinien eingehalten werden. Sollten pro Wechselrichter zwei Kabelsätze vorgeschrieben sein müssen beide ordnungsgemäß angeschlossen werden.

Für einen sicheren und störungsfreien Betrieb muss für eine ausreichende Batteriekapazität, korrekte Erdung, richtige Absicherung sowie eine ausreichende Belüftung gesorgt werden. Hinweise zur Montage sowie zur Belüftung finden sich ebenfalls in der entsprechenden Anleitung der Wechselrichter. Je nach Einbausituation müssen zusätzlich FI-Schutzschalter bzw. RCD-Schutzschalter vorgesehen werden.

Einbau von Fehlerstrom-Schutzschalter / FI-Schutzschalter / RCD-Schutzschalter beim Betrieb einer USV

Je nach Anwendung und Einbausituation der USV ist kein zusätzlicher, ein oder sogar mehrere FI-Schutzschalter, Fehlerstrom-Schutzschalter bzw. RCD-Schutzschalter vorzusehen.

Fehlerstromabsicherung bei steckbaren USV-Systemen von ECTIVE mit Schuko-Steckdosen und Kaltgerätesteckern

Zur Verwendung von ECTIVE Wechselrichtern in einer USV bieten sich vor allem Wechselrichter mit steckbaren Kaltgeräteeingängen und steckbaren Schuko-Steckdosen an. Die geeigneten ECTIVE Wechselrichter der TSI- und CSI-Serie bis zum CSI 25 werden über steckbare Kaltgeräteanschlüsse mit 230 V versorgt und besitzen eine oder mehrere Schuko-Steckdosen.

FI-/RCD Schutzschalter vor dem Wechselrichter beim Betrieb mittels mitgeliefertem Kaltgeräteanschlusskabel

Werden ECTIVE Wechselrichter mit dem, im Lieferumfang enthaltenen, Kaltgerätekabel über den vorhandenen Kaltgeräteanschluss des Wechselrichters über eine Schuko-Steckdose mit Fehlerstrom-Schutzschalter betrieben, muss kein zusätzlicher Fehlerstrom-Schutzschalter vor dem Wechselrichter installiert werden. Hierfür muss jedoch die verwendete Schuko-Steckdose über eine geeignete Fehlerstromabsicherung verfügen.

FI-/RCD Schutzschalter nach dem Wechselrichter bei Verwendung der im Wechselrichter installierten Schuko-Steckdosen

Wird der Schuko-Stecker des zu betreibenden elektronischen Geräts bzw. der geeignete, nicht fest installierten, Mehrfachsteckdose direkt in die Schuko-Steckdose des Wechselrichters eingesteckt wird in den meisten Fällen nach dem Wechselrichter keine zusätzlicher Fehlerstrom-Schutzschalter wie ein FI-Schutzschalter oder RCD-Schutzschalter benötigt. Im Bypass-Betrieb wird der Stromkreis des Landstromanschlusses lediglich „verlängert”.

Im Falle eines Stromausfalls wird die Bypass-Funktion mittels eines Trennrelais unterbrochen und auf Batteriebetrieb umgestellt. Im Batteriebetrieb entsteht ein IT-Netz („ungeerdetes System”) mit Trafofunktion, sodass meist kein zusätzlicher FI-Schutzschalter vorgesehen werden muss. Eine Stromeinspeisung in das bestehende 230 V Hausnetz ist mit den ECTIVE Wechselrichtern nicht zulässig. Die Verwendung von ECTIVE Wechselrichtern in USV-Anlagen ist für die Versorgung einzelner Geräte über die im Wechselrichter verbauten Schuko-Steckdosen vorgesehen.

Fehlerstromabsicherung bei fest verbauten USV-Systemen mit neuem Stromkreis

Sollten nach einem Wechselrichter eine oder mehrere fest installierte bzw. geerdete Steckdosen in einem eigenen bzw. neuen Stromkreis verwendet werden, ist ein Fehlerstrom-Schutzschalter nach dem Wechselrichter immer vorzusehen und entsprechend der geltenden Vorschriften zu installieren.

Hinweis: Bei den geringsten Unsicherheiten bei der Installation der elektronischen Komponenten muss immer eine hierfür geschulte und fachkundige Person hinzugezogen werden. Die Installation von Wechselrichtern darf nur durch entsprechend geschultes Fachpersonal und nur unter Einhaltung aller geltenden Sicherheitsvorschriften und Richtlinien erfolgen.

Weitere wichtige Informationen hierzu finden sich u. a. in der DIN EN IEC 6240-1:2020-07 VDE 0558-510:2020-07