Come gli alimentatori DIN Rail ad alta efficienza migliorano la disponibilità e la densità di potenza dei Data Center riducendo i consumi energetici

Perché l'efficienza degli alimentatori è ormai una strategia fondamentale per l'affidabilità delle moderne architetture di controllo dei data center?

Nei data center mission-critical, l'affidabilità è tutto. Eppure, uno dei fattori che più influiscono sul tempo di attività dei sistemi di controllo viene spesso trascurato: l'efficienza degli alimentatori su guida DIN. Con l'aumento dell'automazione nei sistemi meccanici ed elettrici, le perdite di calore degli alimentatori sono diventate una fonte significativa di alte temperature nei quadri di controllo, e il calore è il principale fattore di invecchiamento e guasto dei componenti.

L'affidabilità inizia dall'alimentatore

Ogni pannello di controllo in un data center, dal raffreddamento e trattamento dell'aria ai quadri elettrici e al monitoraggio degli UPS, dipende da un'alimentazione stabile a 24V.
L'alimentatore su guida DIN è il primo anello di quella catena. Quando si surriscalda o funziona in modo inefficiente, ne risente l'intero pannello. Infatti, per ogni aumento di 10 °C della temperatura, la durata dei componenti elettrolitici comunemente presenti nell'hardware di controllo si dimezza. In un ambiente in cui la temperatura del lato “freddo” oscilla solitamente tra i 25 °C e i 30 °C, ogni watt di calore disperso incide sulla durata dell'hardware.

Man mano che i data center si espandono fino a raggiungere campus da 50-150 MW, il numero di alimentatori cresce fino a raggiungere centinaia e, sempre più spesso, migliaia. Storicamente, gli alimentatori sono stati la principale fonte di calore in un pannello di controllo. Tuttavia, la crescente adozione di PC industriali (IPC) comporta una produzione più elevata di calore residuo, poiché questi dispositivi raggiungono spesso temperature oltre il doppio rispetto ai PLC (controllori logici programmabili), i loro equivalenti nell’ambito del controllo. Il loro impatto termico complessivo, insieme a quello degli alimentatori, diventa un fattore significativo per l’affidabilità, rendendo l’elevata efficienza energetica un requisito fondamentale nei quadri di controllo dei data center odierni.

Il grafico seguente evidenzia una curva decrescente che mostra come il fattore di moltiplicazione della durata di vita del prodotto diminuisca in modo continuo all’aumentare della temperatura.

In altre parole, la temperatura riduce in modo significativo la vita utile attesa dei componenti, e questo effetto è particolarmente critico negli ambienti dei data center.

Quantificare l'impatto
La buona notizia è che lo standard di efficienza negli alimentatori industriali odierni è aumentato notevolmente nell'ultimo decennio, con la maggior parte dei produttori che raggiunge livelli di efficienza compresi tra il 93 e il 95%. Tuttavia, anche con queste percentuali elevate, l'impatto che una differenza dell'1% nell'efficienza ha sulla conseguente dissipazione di calore viene spesso trascurato.

Prendiamo ad esempio un pannello di quadri elettrici con due alimentatori ridondanti da 20 A che funzionano al 100% del carico e una temperatura ambiente di 25 °C. Se un modello di alimentatore funziona al 94% e un altro al 95,6%, potreste semplicemente passare al prezzo per prendere la vostra decisione. Tuttavia, tieni presente che:

Questa differenza di 17 W ridurrà probabilmente la temperatura all'interno di un armadio standard di circa 3 °C e, considerando l'effetto che ciò ha sui condensatori elettrolitici menzionato in precedenza, consentirà in definitiva di prolungare la durata dell'alimentatore di oltre il 20%. Considerando che la durata prevista dei prodotti odierni varia da 60.000 a 100.000 ore, questa riduzione garantisce, secondo una stima prudente, 2-3 anni in più di vita utile all'hardware!

Infine, c'è un evidente impatto della minore quantità di calore disperso sulla bolletta energetica del data center. Se lavorate per un'azienda che gestisce un data center, lo stesso esempio riportato sopra dovrebbe consentire un risparmio di circa 150 kWh/anno, ovvero, in definitiva, 7,50 dollari all'anno per ogni alimentatore. Il risparmio finale dipende dal numero di strutture gestite e dalle loro dimensioni, ma basterebbero 8-10 edifici per far superare a tali risparmi i 100.000 €/anno. Il tutto grazie a un aumento dell'efficienza dell'1,6%.

Migliori pratiche per il miglioramento
Bene, a questo punto, come si procede per implementare alimentatori ad alta efficienza e migliorare l'affidabilità del sistema del data center? Ecco alcuni consigli su quali prodotti offrono la massima efficienza complessiva:

Progettare per una percentuale di carico ottimale: l'efficienza varia a seconda delle diverse tensioni di ingresso e dei valori nominali di corrente. Alcuni produttori pubblicano curve di efficienza complete; a seconda del prodotto, l'efficienza potrebbe raggiungere un picco compreso tra il 50 e l'80% del carico nominale massimo.

Evitate, ove possibile, conversioni DC/DC non necessarie: se disponete di carichi altamente sensibili come un PC industriale (IPC), potete optare per un convertitore DC/DC per proteggerli dai transitori. Oltre a ciò, potreste voler concentrare i vostri sforzi su un alimentatore più robusto in grado di fornire la protezione dai transitori più ampia richiesta, senza aggiungere un numero eccessivo di convertitori DC/DC e, di conseguenza, fonti di calore superflue.

Sfruttate alimentatori dotati di diagnostica avanzata e connettività ai protocolli di comunicazione: nel mondo industriale odierno i dati sono potere e protocolli come IO-Link possono aiutarvi a confermare che i vostri alimentatori funzionino al carico e all'efficienza per cui sono stati progettati.

Se state progettando hardware di controllo, considerate gli alimentatori ad alta efficienza come un modo semplice per massimizzare la densità di potenza e la disponibilità, riducendo al contempo la bolletta energetica!