Mit dem Wachstum von Cloud-Diensten, Künstlicher Intelligenz und datenintensiven Anwendungen steigt nicht nur der Bedarf an Rechenleistung, sondern auch der Energieverbrauch der zugrunde liegenden Infrastruktur. Neben Energieeffizienz, Kühlung und Nachhaltigkeit rückt damit die Qualität der Stromversorgung stärker in den Fokus.

Insbesondere Oberschwingungen können Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen. Sie entstehen, wenn elektrische Verbraucher Strom nicht in einer sauberen Sinusform aufnehmen. Ursache sind vor allem nichtlineare Lasten wie Schaltnetzteile, unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Leistungselektronik und elektrische Antriebe. Rechenzentren weisen eine hohe Konzentration solcher Verbraucher auf.

Oberschwingungen erhöhen Ausfallrisiken

Die Verzerrungen im Stromnetz führen zu zusätzlichen Energieverlusten und erhöhen die thermische Belastung von Kabeln, Transformatoren und Schaltanlagen. Im schlimmsten Fall stören sie empfindliche elektronische Systeme. Schon kurze Unterbrechungen können in Rechenzentren erhebliche Schäden verursachen. Schlechte Netzqualität erhöht zudem den Kühlbedarf und senkt die Energieeffizienz des gesamten Rechenzentrums. 

Gleichzeitig werden Transformatoren, Generatoren und Kabel stärker belastet. Das führt häufig zu einer Überdimensionierung der Infrastruktur, obwohl nicht ein höherer Leistungsbedarf, sondern die mangelhafte Stromqualität die Ursache ist. Harmonische Verzerrungen können außerdem die Lebensdauer elektrischer Komponenten verkürzen. Überhitzte Transformatoren, belastete Kondensatoren und störanfällige Schutzsysteme erhöhen das Risiko ungeplanter Ausfälle.

Kühlanlagen prägen die Netzqualität

Besonders relevant ist das Thema im Bereich der Kühlung. Kühlanlagen zählen zu den größten Energieverbrauchern eines Rechenzentrums und sichern zugleich den Betrieb der Systeme. Ventilatoren, Pumpen und Kompressoren müssen permanent auf wechselnde Lastbedingungen reagieren. In vielen Anlagen regeln Frequenzumrichter die Drehzahl der Motoren bedarfsgerecht und senken so den Energieverbrauch. Konventionelle Frequenzumrichter können Oberschwingungen jedoch auch begünstigen, wenn sie harmonische Verzerrungen nicht ausreichend begrenzen. Damit beeinflusst die Wahl der Antriebstechnologie nicht nur die Energieeffizienz, sondern auch die Stabilität der gesamten elektrischen Infrastruktur.

Frequenzumrichter entlasten die Infrastruktur

Frequenzumrichter mit Ultra-Low-Harmonic-Technologie reduzieren die Einspeisung von Oberschwingungen auf ein Minimum und tragen zu einer stabileren Stromversorgung innerhalb des gesamten Rechenzentrums bei. Gleichzeitig ermöglichen sie eine effizientere Auslegung der elektrischen Infrastruktur. Treten weniger harmonische Ströme auf, müssen Transformatoren, Generatoren und Kabel nicht mehr in gleichem Maße überdimensioniert werden. Das kann die Investitionskosten reduzieren und schafft zusätzliche Flexibilität bei der Planung neuer Rechenzentren oder bei Erweiterungsprojekten bestehender Anlagen.

Drehzahlregelung reduziert Verbrauch und Wartung

Durch die kontinuierliche Anpassung der Kühlleistung an den tatsächlichen Bedarf lassen sich erhebliche Energieeinsparungen erzielen. Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass der Energieverbrauch von Kühlsystemen durch den Einsatz drehzahlgeregelter Antriebe typischerweise um bis zu 25 Prozent reduziert werden kann. Das senkt Betriebskosten und verringert CO₂-Emissionen. Gleichzeitig werden Pumpen, Ventilatoren und Kältemaschinen geschont, da sie seltener unter Volllast betrieben werden. Die Folge sind längere Lebenszyklen, geringere Wartungskosten und eine höhere Anlagenverfügbarkeit.

Sensorik unterstützt Betrieb und Wartung

Frequenzumrichter werden zunehmend Bestandteil von Gebäude- und Energiemanagementsystemen. In Verbindung mit Sensorik, Fernüberwachung und durch Künstliche Intelligenz gestützten Steuerungsalgorithmen lassen sich Kühlprozesse in Echtzeit optimieren. Betreiber erhalten dadurch mehr Transparenz über den Zustand ihrer Anlagen und können Wartungsmaßnahmen vorausschauend planen, noch bevor Störungen auftreten. In einer Branche, in der jede Minute Ausfallzeit kritisch ist, helfen vorausschauende Wartung und intelligente Regelstrategien dabei, Risiken frühzeitig zu erkennen und die Resilienz der Infrastruktur zu erhöhen.

Stromqualität rückt in den Mittelpunkt

Mit dem weiteren Ausbau digitaler Infrastrukturen und dem steigenden Strombedarf von Rechenzentren wird die Qualität der Energieversorgung weiter an Bedeutung gewinnen. Für Betreiber reicht es nicht aus, allein auf eine effiziente Kühlung zu achten. Entscheidend ist, wie diese Kühlung betrieben wird und welchen Einfluss sie auf die elektrische Infrastruktur ausübt. Frequenzumrichter mit Ultra-Low-Harmonic-Technologie minimieren Oberschwingungen, verbessern die Energieeffizienz, reduzieren Betriebskosten und unterstützen gleichzeitig eine hohe Verfügbarkeit kritischer Informationstechnik-Infrastrukturen.

Zum Autor Klaus Allgaier ist Market Manager HVACR bei ABB Motion Deutschland