Vergleich der Gesamtkosten von Lithium-Ionen- und VRLA-Batterien
Wendy Torell
Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in Datacentern hat in den letzten Jahren rasant zugenommen. Tatsächlich prognostiziert der Bloomberg New Energy Finance Report, dass 40% der USV-Systeme in Datacentern bis zum Jahr 2025 mit Lithium-Ionen-Batterien laufen werden. Bei hyperskalierbaren Datacentern liegt der prognostizierte Anteil mit 55% noch höher. Wir wissen, dass wartungsfreie Bleisäure-Batterien (VRLA) mit geringeren Anschaffungskosten verbunden sind. Was steckt also hinter diesem schnellen Wachstum der Lithium-Ionen-Lösungen?
Investitionskosten für Lithium-Ionen-Batterien sinken weiter
Es gab signifikante Verbesserungen bei den chemischen Komponenten und Technologien von Lithium-Ionen-Batterien, wodurch diese heute für USV-Anwendungen attraktiver sind. Diese Fortschritte sind vor allem der Entwicklung in der E-Mobilität zu verdanken. Mit zunehmender Akzeptanz und fortschreitender Reife der Technologie sinken auch die Kosten pro kWh. Dennoch sind die Investitionskosten immer noch höher als bei VRLA-Batterien, jedoch nur noch um den Faktor 1,5 bis 2.
Welche Gründe sprechen also für die Nutzung von Lithium-Ionen-Systemen? Einsparungen bei den Gesamtkosten (TCO). Unser Data Center Science Center hat ein Kalkulationstool entwickelt, um diese Annahme zu untermauern.
Ein TCO-Kalkulator für den Vergleich von Lithium-Ionen- und VRLA-Batterien
Wir haben ein TradeOff Tool entwickelt, das zeigt, wie sich die Entscheidung zwischen Lithium-Ionen- und VRLA-Energiespeichersystemen für eine dreiphasige statische USV auf die TCO auswirkt. Das Tool berücksichtigt bei den TCO die folgenden Kosten:
Investitionskosten: Anschaffungskosten für die Batterien. Lithium-Ionen-Lösungen sind in der Regel teurer. Zu beachten ist dabei, dass Lithium-Ionen-Systeme standardmäßig ein Batteriemanagementsystem (BMS) enthalten, während bei VRLA-Lösungen dafür zusätzlich etwa 20% kalkuliert werden müssen. Vergleicht man also beide Varianten mit BMS, verringert sich bereits die Differenz der Anschaffungskosten.
Energie: Die typische Verlustleistung durch Erhaltungsladung liegt bei 0,1% für Lithium-Ionen-Batterien und bei 0,2% für VRLA-Systeme, was einer Ersparnis der Energiekosten von 50% entspricht. Bitte beachten Sie, dass wir die Kosten für transiente Verluste, die während eines Stromausfalls entstehen und die eine Entladung der Batterie und anschließende Ladung erfordern, nicht berücksichtigt haben.
Batterieaustausch: VRLA-Batterien haben eine Zyklenlebensdauer von 3 - 6 Jahren, während Lithium-Ionen-Batterien 10 - 15 Jahre erreichen. In einer 10-jährigen TCO-Analyse bedeutet dies in der Regel zwei Batteriewechsel für VRLA-Batterien, während die Lithium-Ionen-Varianten gar nicht getauscht werden müssen.
Wartung: Auch bei der Wartung von USV-Batterien gibt es Unterschiede zwischen VRLA- und Lithium-Ionen-Varianten. Alle Batteriewartungen sollten regelmäßige Sichtprüfungen und eine jährliche Prüfung der Kapazität umfassen. Die Wartung der VRLA-Varianten erfordert jedoch eine regelmäßige interne Widerstandsprüfung der einzelnen Batteriekammern, die bei Lithium-Ionen-Varianten nicht erforderlich ist. Lithium-Ionen-Batterien verfügen nämlich über ein integriertes Batteriemanagementsystem (BMS), das eine kontinuierliche Überwachung von Systemstatus und Ladezustand ermöglicht. Darüber hinaus müssen VRLA-Batterien häufiger gewartet werden – mit BMS zwei Mal pro Jahr bzw. 4 Mal pro Jahr ohne BMS. Lithium-Ionen-Batterien müssen in der Regel nur einmal jährlich gewartet werden. Basierend darauf geht unser Tool von Wartungskosten in Höhe von 1,5% der Investitionskosten für Lithium-Ionen und von 8% für VRLA aus.
Platzbedarf: Lithium-Ionen-Batterien benötigen aufgrund ihrer hohen Energiedichte eine geringere Stellfläche als VRLA-Batterien. Dies führt zu Kosteneinsparungen für Flächen im Datacenter (bzw. zu mehr Fläche, die Umsatz generiert, z. B. bei einem Colocation-Provider).
Die beiden wichtigsten Faktoren bei der TCO-Berechnung für Lithium-Ionen-Batterien
Das Tool verdeutlicht, dass die Restlebensdauer der USV und die Austauschzyklen der Batterien die beiden bedeutendsten Faktoren sind.
USV-Lebensdauer: Wenn Ihre USV noch über eine Restlebensdauer von vier Jahren verfügt, könnte VRLA sich als die wirtschaftlichere Lösung erweisen. Geht es um eine neue USV, wird die Li-Ionen-Variante bei den TCO fast immer besser abschneiden.
Batterieaustauschzyklen: Die Häufigkeit des Batterieaustauschs ist ein Schlüsselfaktor. Die anfänglich höheren Kosten für Lithium-Ionen-Batterien werden durch die häufiger erforderlichen VRLA-Batteriewechsel ausgeglichen. Nach dem ersten Austausch der VRLA-Batterie weist eine vergleichbare Li-Ionen-Lösung in der Regel bereits niedrigere TCO auf.
Testen Sie unser Kalkulations-Tool und andere hilfreiche Tools
Basierend auf unseren Standardannahmen ermittelt das Tool Einsparungen von 31% bei den Gesamtkosten. Für Ihre individuellen Berechnungen können Sie im Tool mehrere Schlüsselvariablen anpassen. So finden Sie für jedes Szenario die richtige Lösung und erkennen, ob Lithium-Ionen-Batterien für Ihre USV-Systeme sinnvoll sind. Testen Sie unser Kalkulationstool!
Weitere Informationen zu den allgemeinen Unterschieden zwischen den beiden Batterietypen finden Sie in unserem White Paper 229: Vergleich von Batterietechnologien für Datacenter: VRLA und Lithium-Ionen In unserer TradeOff Tool-Bibliothek finden Sie 22 Kalkulatoren, die Sie bei der Planung Ihrer Datacenter-Projekte unterstützen.
Investitionskosten für Lithium-Ionen-Batterien sinken weiter
Es gab signifikante Verbesserungen bei den chemischen Komponenten und Technologien von Lithium-Ionen-Batterien, wodurch diese heute für USV-Anwendungen attraktiver sind. Diese Fortschritte sind vor allem der Entwicklung in der E-Mobilität zu verdanken. Mit zunehmender Akzeptanz und fortschreitender Reife der Technologie sinken auch die Kosten pro kWh. Dennoch sind die Investitionskosten immer noch höher als bei VRLA-Batterien, jedoch nur noch um den Faktor 1,5 bis 2.
Welche Gründe sprechen also für die Nutzung von Lithium-Ionen-Systemen? Einsparungen bei den Gesamtkosten (TCO). Unser Data Center Science Center hat ein Kalkulationstool entwickelt, um diese Annahme zu untermauern.
Ein TCO-Kalkulator für den Vergleich von Lithium-Ionen- und VRLA-Batterien
Wir haben ein TradeOff Tool entwickelt, das zeigt, wie sich die Entscheidung zwischen Lithium-Ionen- und VRLA-Energiespeichersystemen für eine dreiphasige statische USV auf die TCO auswirkt. Das Tool berücksichtigt bei den TCO die folgenden Kosten:
Investitionskosten: Anschaffungskosten für die Batterien. Lithium-Ionen-Lösungen sind in der Regel teurer. Zu beachten ist dabei, dass Lithium-Ionen-Systeme standardmäßig ein Batteriemanagementsystem (BMS) enthalten, während bei VRLA-Lösungen dafür zusätzlich etwa 20% kalkuliert werden müssen. Vergleicht man also beide Varianten mit BMS, verringert sich bereits die Differenz der Anschaffungskosten.
Energie: Die typische Verlustleistung durch Erhaltungsladung liegt bei 0,1% für Lithium-Ionen-Batterien und bei 0,2% für VRLA-Systeme, was einer Ersparnis der Energiekosten von 50% entspricht. Bitte beachten Sie, dass wir die Kosten für transiente Verluste, die während eines Stromausfalls entstehen und die eine Entladung der Batterie und anschließende Ladung erfordern, nicht berücksichtigt haben.
Batterieaustausch: VRLA-Batterien haben eine Zyklenlebensdauer von 3 - 6 Jahren, während Lithium-Ionen-Batterien 10 - 15 Jahre erreichen. In einer 10-jährigen TCO-Analyse bedeutet dies in der Regel zwei Batteriewechsel für VRLA-Batterien, während die Lithium-Ionen-Varianten gar nicht getauscht werden müssen.
Wartung: Auch bei der Wartung von USV-Batterien gibt es Unterschiede zwischen VRLA- und Lithium-Ionen-Varianten. Alle Batteriewartungen sollten regelmäßige Sichtprüfungen und eine jährliche Prüfung der Kapazität umfassen. Die Wartung der VRLA-Varianten erfordert jedoch eine regelmäßige interne Widerstandsprüfung der einzelnen Batteriekammern, die bei Lithium-Ionen-Varianten nicht erforderlich ist. Lithium-Ionen-Batterien verfügen nämlich über ein integriertes Batteriemanagementsystem (BMS), das eine kontinuierliche Überwachung von Systemstatus und Ladezustand ermöglicht. Darüber hinaus müssen VRLA-Batterien häufiger gewartet werden – mit BMS zwei Mal pro Jahr bzw. 4 Mal pro Jahr ohne BMS. Lithium-Ionen-Batterien müssen in der Regel nur einmal jährlich gewartet werden. Basierend darauf geht unser Tool von Wartungskosten in Höhe von 1,5% der Investitionskosten für Lithium-Ionen und von 8% für VRLA aus.
Platzbedarf: Lithium-Ionen-Batterien benötigen aufgrund ihrer hohen Energiedichte eine geringere Stellfläche als VRLA-Batterien. Dies führt zu Kosteneinsparungen für Flächen im Datacenter (bzw. zu mehr Fläche, die Umsatz generiert, z. B. bei einem Colocation-Provider).
Die beiden wichtigsten Faktoren bei der TCO-Berechnung für Lithium-Ionen-Batterien
Das Tool verdeutlicht, dass die Restlebensdauer der USV und die Austauschzyklen der Batterien die beiden bedeutendsten Faktoren sind.
USV-Lebensdauer: Wenn Ihre USV noch über eine Restlebensdauer von vier Jahren verfügt, könnte VRLA sich als die wirtschaftlichere Lösung erweisen. Geht es um eine neue USV, wird die Li-Ionen-Variante bei den TCO fast immer besser abschneiden.
Batterieaustauschzyklen: Die Häufigkeit des Batterieaustauschs ist ein Schlüsselfaktor. Die anfänglich höheren Kosten für Lithium-Ionen-Batterien werden durch die häufiger erforderlichen VRLA-Batteriewechsel ausgeglichen. Nach dem ersten Austausch der VRLA-Batterie weist eine vergleichbare Li-Ionen-Lösung in der Regel bereits niedrigere TCO auf.
Testen Sie unser Kalkulations-Tool und andere hilfreiche Tools
Basierend auf unseren Standardannahmen ermittelt das Tool Einsparungen von 31% bei den Gesamtkosten. Für Ihre individuellen Berechnungen können Sie im Tool mehrere Schlüsselvariablen anpassen. So finden Sie für jedes Szenario die richtige Lösung und erkennen, ob Lithium-Ionen-Batterien für Ihre USV-Systeme sinnvoll sind. Testen Sie unser Kalkulationstool!
Weitere Informationen zu den allgemeinen Unterschieden zwischen den beiden Batterietypen finden Sie in unserem White Paper 229: Vergleich von Batterietechnologien für Datacenter: VRLA und Lithium-Ionen In unserer TradeOff Tool-Bibliothek finden Sie 22 Kalkulatoren, die Sie bei der Planung Ihrer Datacenter-Projekte unterstützen.