Alimentación de centros de datos: ¿Qué es la CA y la CC en los centros de datos?

Cuando se trata de diseñar un centro de datos, la arquitectura de distribución de energía es sin duda uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta. Los propietarios y operadores de centros de datos aprovechan cualquier oportunidad para mejorar la eficiencia energética y reducir los costes operativos. Ha habido un debate sobre qué arquitectura de distribución de energía, es decir, corriente alterna (CA) o corriente continua (CC), es la más eficiente para los centros de datos. Este artículo le guiará a través de los conceptos básicos de estos dos sistemas de alimentación de centros de datos y cómo se comparan entre sí.

¿Qué es la alimentación de CA?

La corriente alterna (CA) es un formato estándar de electricidad que procede de una central eléctrica. La dirección de la corriente se invierte, o alterna periódicamente, 60 veces por segundo (en EE. UU.) o 50 veces por segundo (en Europa).

En un centro de datos de corriente alterna, la corriente se distribuye a la instalación a 600 V CA o 480 V CA. A continuación, esta energía se reduce a 208 V CA o 120 V CA mediante transformadores para su distribución a los bastidores que utilizan los servidores y otros equipos informáticos.

Los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) y de almacenamiento de energía, como las baterías, se utilizan como reserva de energía en caso de interrupciones o perturbaciones. La corriente alterna entrante debe convertirse en continua para su almacenamiento. Cuando se produce una interrupción del suministro eléctrico, el sistema de respaldo convierte la corriente continua almacenada en corriente alterna. La energía se transmite a las PDU y luego a los servidores y equipos informáticos colocados en bastidores.

¿Qué es la alimentación de CC?

La corriente continua (CC) es un formato de electricidad que procede de pilas y fuentes como las células solares y las baterías. Los terminales positivo y negativo son siempre, respectivamente, positivo y negativo. Por tanto, la corriente es lineal y directa, fluye siempre en la misma dirección y no oscila entre los terminales positivo y negativo.

Los centros de datos de corriente continua reciben corriente alterna de media tensión de la red. A continuación, se convierte en CC mediante rectificadores. La alimentación de CC de estos rectificadores va a la bahía del disyuntor de distribución de la batería (BDCBB), que transmite la alimentación a los servidores situados en los bastidores directamente o a través de paneles de alarma con fusibles.

Durante las interrupciones o perturbaciones del suministro eléctrico, las baterías cargadas se utilizan como reserva de energía. Pero a diferencia de la alimentación de CA, en este caso no es necesaria la conversión.

Alimentación de CA vs. CC

Principales diferencias

Como ya se ha dicho, la principal diferencia entre la corriente alterna y la continua es la dirección en que fluyen los electrones. Esta distinción conduce a todas las demás diferencias entre estos dos sistemas de distribución de energía.

En la corriente alterna, la corriente cambia de dirección periódicamente y la tensión se transforma fácilmente. Esto hace que sea fácil de transportar a una distancia mayor, de varios kilómetros, en comparación con la corriente continua.

Sin embargo, cada conversión de CA a CC conlleva pérdidas de potencia y generación de calor. Cuantas menos conversiones sufra la fuente de alimentación, menores serán las pérdidas y el calor generado. Una mayor eficiencia conlleva menores costes, tanto de capital como de operación y mantenimiento. En este sentido, un centro de datos de alimentación de CC tiende a ser más eficiente energéticamente, ya que un centro de datos de alimentación de CA implica más conversiones de CA a CC.

Pros y contras

Antes de sacar conclusiones precipitadas sobre qué sistema de distribución eléctrica es mejor, debemos examinar los pros y los contras de ambos.

Pros de la alimentación de CA

• Fuente normalizada: La corriente alterna es una fuente estandarizada de electricidad de tensión primaria. Es la forma en que se suministra la energía eléctrica a residencias, empresas y también centros de datos. Hoy en día, nuestra electricidad sigue siendo predominantemente alimentada por corriente alterna.

• Menos pérdida de potencia en largas distancias: Cuando se transmite energía a largas distancias, como desde una central eléctrica a una zona urbana, se utiliza una tensión muy alta de 600.000 V (voltios) para mejorar la eficiencia de la transmisión. Esto se debe a que la pérdida de potencia es mucho menor cuando la energía se transmite a alta tensión.

• Fácil de transformar: En comparación con la corriente continua, la corriente alterna puede transformarse fácilmente mediante transformadores, lo que la hace más adecuada para el suministro eléctrico como infraestructura.

• Fácil de desconectar: La corriente alterna es fácil de apagar mientras se suministra energía porque el momento en que la tensión cae a cero se produce periódicamente.

Contras de la alimentación de CA

• Requiere una tensión superior a la tensión objetivo: La corriente alterna requiere una tensión superior a la de destino para obtener la cantidad de calor necesaria, ya que el valor de la tensión cambia constantemente y hay momentos en los que la tensión llega a cero.

• Afectada por bobinas y condensadores: Las bobinas y los condensadores generan tensiones que hacen que la corriente fluya en sentido contrario al de la corriente, haciendo que la corriente en el circuito avance o se retrase.

• Conversiones múltiples: La corriente alterna tiene que convertirse en corriente continua para su almacenamiento, y la corriente continua almacenada tiene que volver a convertirse en corriente alterna. Esto implica múltiples conversiones en los centros de datos, lo que puede traducirse en una menor eficiencia y un mayor coste.

Pros y contras de la corriente continua

La alimentación de CC tiene un enorme potencial. Entre sus ventajas se incluye un considerable ahorro de energía, así como un ahorro significativo en costes operativos y de infraestructura, espacio físico y tiempo necesario para la instalación y el mantenimiento.

En comparación con la corriente alterna, el sistema de distribución de corriente continua es menos complejo, utiliza muchos menos componentes y ocupa menos espacio. Además, la calidad de la alimentación de CC es mejor que la de CA. Por último, es mucho más fácil integrar fuentes de energía renovables como la solar, las pilas de combustible o los aerogeneradores.

Sin embargo, los sistemas de corriente continua aún no han llegado a un acuerdo sobre una norma para las tensiones y los conectores eléctricos. También hay un número limitado de infraestructuras en el mercado que funcionan con fuentes de alimentación de CC, como los sistemas de aire acondicionado y de protección contra incendios de CC.

Tendencias futuras de la alimentación de CC

De lo expuesto anteriormente no es difícil deducir que en los centros de datos alimentados con CA desaparecen grandes cantidades de electricidad no utilizada. Se pierden en tediosos y continuos procesos de conversión y transformación. Para hacer frente a la importante pérdida de energía, a algunos se les ocurren ideas como instalar una fuente de alimentación que permita utilizar la alimentación de CA, pero que también permita conectar una batería que funcione como sistema SAI si falla la alimentación de CA. Pero esto sólo funciona bien en instalaciones pequeñas, y no es eficaz en instalaciones grandes con alta densidad de clientes.

Probablemente por eso el sector está cada vez más interesado en la idea de pasar a la corriente continua para la distribución de energía dentro del centro de datos, junto con todas las ventajas que ofrece la corriente continua. Sin embargo, cambiar el suministro eléctrico de corriente alterna a corriente continua, lo que eliminaría un porcentaje significativo de las pérdidas de energía, requerirá un cambio masivo. Puede que no sea posible en un futuro próximo que los centros de datos cambien el sistema de CA existente por sistemas de alimentación de CC completos y baterías, y utilicen equipos alimentados por CC en todos los emplazamientos.

Aunque la base global instalada de centros de datos de CC constituye hoy en día sólo una pequeña fracción del sector, los argumentos a favor de la energía de CC siguen siendo convincentes. Si más propietarios y operadores de centros de datos hicieran una inversión sustancial en la CC, podría ayudar a impulsar el desarrollo de normas de CC y equipos de CC como servidores de CC, switches de red, etc., para llevar el sistema de distribución de energía de CC al siguiente nivel.