Alimentazione di un data center: Cosa sono l'alimentazione AC e DC ?

Quando si parla di progettazione di un data center, l'architettura di distribuzione energetica è indubbiamente uno degli aspetti più importanti da considerare. I proprietari e gli operatori dei data center utilizzano ogni opportunità disponibile per migliorare l'efficienza energetica e ridurre i costi operativi. Vi è stato un dibatto relativamente a quale architettura di distribuzione, corrente alternata (AC) o corrente diretta (DC), sia la migliore per i data center. Questo articolo ti guiderà attraverso i fondamenti di questi due sistemi di alimentazione per data center facendo un raffronto.

Cosa è l'alimentazione AC?

L'alimentazione a corrente alternata (AC) è il formato d'elettricità standard proveniente da una centrale elettrica. La direzione della corrente si capovolge o alterna periodicamente, 60 volte al secondo (negli USA) o 50 volte al secondo (in Europa).

In un data center alimentato con corrente AC, l'energia è distribuita nella struttura a 600V AC o 480V AC. Questa corrente è poi portata 208V AC o 120V AC attraverso trasformatori per la distribuzione ai rack per l'uso da parte dei server e di altra attrezzatura IT.

Un gruppo di continuità (UPS) e sistemi di immagazzinamento energetico come batterie sono utilizzati per il backup energetico in caso di interruzioni o disturbi all'alimentazione. La corrente AC in entrata deve essere convertita in DC per l'immagazzinamento. Se vi è un'interruzione dell'energia, il backup converte la corrente DC in AC. La corrente è successivamente trasmessa alle PDU e poi ai server e alle attrezzature IT nei rack.

Cosa è la corrente DC?

L'alimentazione a corrente diretta (DC) è un formato di elettricità proveniente da batterie e sorgenti come celle e batterie solari. I terminali positivo e negativo sono sempre, rispettivamente, positivo e negativo, perciò la corrente è sempre lineare e diretta e scorre sempre nella stessa direzione senza oscillare tra i terminali positivo e negativo.

I data center ad alimentazione DC prendono corrente AC a medio voltaggio dalla rete elettrica, la quale viene poi convertita in DC utilizzando dei rettificatori. La corrente DC proveniente da questi rettificatori si dirige poi verso il battery distribution circuit breaker bay (BDCBB) che trasmette la corrente ai server nei rack direttamente o attraverso pannelli di fusibili.

Durante interruzioni o turbolenze, le batterie cariche sono usate come backup, ma diversamente dall'alimentazione AC non è richiesta conversione in questo caso.

Alimentazione AC e DC

Differenze principali

Come già menzionato, la principale differenza tra la corrente AC e DC è rappresentata dalla direzione del flusso di elettroni. Questa distinzione comporta una serie di altre differenze tra questi due sistemi di distribuzione di corrente.

Nell'alimentazione AC, la corrente cambia direzione periodicamente e il voltaggio è trasformato agevolmente. Questo la rende facile da trasportare su distanze di diversi chilometri rispetto alla corrente DC.

Tuttavia, ogni conversione da AC a DC comporta perdite energetiche e creazione di calore. Minori saranno le conversioni che l'alimentazione subisce, minori saranno le perdite e il calore creato. Maggiore efficienza porta a costi inferiori, sia in capitale che in O&M. In questo senso, un data center ad alimentazione DC tende ad essere più efficiente energeticamente poiché un data center AC comporta maggiori conversioni da AC a DC.

Pro e contro

Prima di passare alle conclusioni su quale sistema di distribuzione di corrente sia migliore, è necessario esaminare i pro e i contro di entrambi.

Vantaggi dell'alimentazione AC

Fonte standardizzata

: L'alimentazione AC è una fonte standardizzata di elettricità in tensione primaria. È la forma in cui la corrente elettrica viene consegnata ad abitazioni, imprese e anche data center. L'elettricità è oggi ancora principalmente alimentata dalla corrente alternata.

Minore perdita di energia sulle lunghe distanze

: Durante la trasmissione di energia su lunghe distanze, come da una centrale elettrica a un'area urbana, un voltaggio particolarmente alto i 600,000 V (volt) è utilizzato per migliorare l'efficienza di trasmissione. Ciò avviene perché la perdita energetica è considerevolmente inferiore quando l'energia è trasmessa ad alti voltaggi.

Facile da trasformare

: In confronto alla corrente diretta, la corrente alternata può essere facilmente trasformata usando trasformatori, rendendola più adatta per l'alimentazione come infrastruttura.

Semplice da spegnere

: L'alimentazione AC è semplice da spegnere mentre l'energia viene immessa, perché il voltaggio scende a zero periodicamente.

Svantaggi dell'alimentazione AC

Richiede un voltaggio più alto del voltaggio target

: AC richiede un voltaggio più alto del voltaggio target per la quantità di calore richiesta perché il voltaggio cambia costantemente e vi sono momenti in cui il voltaggio scende a zero.

Influenzata da batterie e condensatori

: Batterie e condensatori generano voltaggi che fanno scorrere la corrente in direzione opposta, facendo andare avanti o indietro la corrente nel circuito.

Conversioni multiple

: L'energia AC deve essere convertita in DC per lo stoccaggio e l'energia DC stoccata deve essere convertita nuovamente in AC. Questo implica numerose conversioni nei data center, causando minore efficienza e costi più alti.

Pro e contro dell'alimentazione DC

Per una discussione più dettagliata si prega di leggere Alimentazione a corrente diretta (DC): è la nuova normalità per i data center?

L'alimentazione DC ha un enorme potenziale. I vantaggi includono significativi risparmi di energia, così come importanti risparmi sui costi operativi e infrastrutturali, sullo spazio fisico e la quantità di tempo necessario per l'istallazione e la manutenzione.

In confronto all'alimentazione AC, il sistema di distribuzione DC è meno complesso, utilizza molti meno componenti e occupa meno spazio. In più, la qualità dell'energia DC è migliore di quella AC. In fine, è molto più semplice da integrare con fonti d'energia rinnovabile come solare, pile a combustibile e turbine eoliche.

I sistemi DC sono tuttavia ancora privi di uno standard per i voltaggi e i connettori elettrici. Vi è inoltre un numero limitato di infrastrutture sul mercato che operano con alimentazione DC, come i sistemi di condizionamento d'aria DC e i sistemi antincendio.

Trend futuri dell'alimentazione DC

Dalla discussione sopra non è difficile vedere che una grande quantità di energia non utilizzata semplicemente sparisce nei data center con alimentazione AC, a causa dei continui processi di conversione e trasformazione. Per affrontare l'importante perdita d'energia, alcuni hanno pensato di installare sistemi d'alimentazione che permettono l'utilizzo dell'energia AC ma anche la connessione a una batteria che funzioni con un sistema UPS se l'alimentazione AC subisce un'interruzione. Questo, tuttavia, può funzionare solo con città di piccole dimensioni e non è semplice da scalare in maniera efficiente con città più grandi con una maggiore densità di clienti.

Questo probabilmente è il motivo per cui nel settore è cresciuto l'interesse per l'idea di passare alla distribuzione DC nei data center, in virtù di tutti vantaggi offerti dall'alimentazione DC. Il passaggio dal prevalente AC al DC, che eliminerebbe efficacemente una significativa percentuale di perdita energetica, richiederebbe tuttavia un cambiamento di grandi dimensioni. Potrebbe non essere possibile nel prossimo futuro per i data center passare dall'esistente sistema AC a sistemi completi e batterie DC e ad attrezzature alimentate a DC in tutti i siti.

Sebbene i data center DC rappresentino globalmente solo una piccola frazione del settore, il passaggio all'alimentazione DC rimane comunque convincente. Se più proprietari e operatori di data center dovessero fare investimenti importanti nel DC, questo potrebbe spingere per lo sviluppo di standard e attrezzature DC come server DC, switch, etc., al fine di portare il sistema di distribuzione energetica DC al livello superiore.