データセンターにおける電源の種類：AC配電とDC配電とは？

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データセンターにおける電源の種類

　一般家庭では、主に100Vの電圧が使われるのが普通ですが、データセンターでは、100Vだけでなく、200Vの電圧の使用も可能となります。100Vの電圧対応機器はスイッチなどの日本製小型ネットワーク機器である一方、200Vの電圧対応機器は海外製ネットワーク機器が多いです。そのため、データセンターを利用する場合には、汎用性、電源効率などを考慮した上で、200Vの電圧の利用で電源設備を構築するケースが一般的です。

　電源に交流（AC）と直流（DC）という2種類がありますが、200Vから100Vへの変圧等が容易にできる交流（AC）配電がよく利用されています。関連記事：「電源コードの種類・規格について：国内規格と海外規格の選定」

AC配電とは

　交流（AC）配電は、発電所から供給される標準的な電気形式です。日本では、1秒間に60Hz / 115V（西日本）または50Hz / 230V（東日本）との2種類の交流電気が国を二分する形で使われています

　データセンターにおける交流（AC）配電では、電力は600V ACまたは480V ACで施設に配電されます。その後、この電力は変圧器を経由してAC208VまたはAC120Vに降圧され、サーバーやその他のIT機器が使用するラックに配電されます。

　停電や障害時の電力バックアップとして、UPS（関連記事）やバッテリーなどの蓄電システムが使用されています。上図のように、AC配電のステップとしては、まず、入力された交流（AC）電力は、直流電力に変換して蓄電して、パワーバックアップにおける蓄えた直流電力とともに、交流電力に変換します。最後にその電力はPDUに送られ、ラックに設置されたサーバーやIT機器に送られます。

AC配電システム

　以下の画像には2種類のAC配電方式を示しています。

　上図のように、電力はUPSからPDUを経由してIT機器に供給されます。このシステムでは、電源損失はUPS、一次配線、PDU、分岐回路の配線、IT機器電源で発生します。

　上図のように、電力は変圧器を使用せず、IT機器に供給されます。そのため、このシステムでは、PDUで発生する損失はありません。

AC配電のメリット・デメリット

DC配電とは

　直流（DC）配電は、太陽電池やバッテリーなどの電源から供給される電気形式で屋内のデータセンター用通信機器やサーバなどへの電力の供給を直流によって行うことです。停電や障害時には、充電されたバッテリーが電源バックアップとして使われます。AC配電の場合と異なり、DC配電は変換は必要ありません。

　データセンターでは、パワーグリッドから中電圧の交流電力は、整流器を経由して直流に変換されます。整流器からの直流電力は電池の配分の遮断器湾(BBCBB)に送られ、ラックに設置されたサーバーに直接電力を伝送します。

DC配電システム

　以下の画像には 3種類のDC配電方式を示しています。

●図1は通信機器用のDC配電システムを示しています。このシステムでは、DC電源が48Vの電力をDC対応のIT機器に供給します。

● 図2は仮説的な高電圧配電アプローチを示しています。このシステムでは、DC電源が500Vの電力をIT機器に供給するため、 高電圧のDC電力に対応しているIT機器が必要です。

● 図3は仮説的なハイブリッドDCシステムを示しています。このシステムでは、高電圧の500Vの電力を降圧型変換器を使用して、48Vの電力をDC対応のIT機器に供給します。

DC配電のメリット・デメリット

DC配電：未来のトレンド

　以上のことから、AC配電システムを使用しているデータセンターにおいては、交流（AC）から直流（DC）へ電力を変換して、再び元に戻されるたびに、継続的な変換・変圧処理による大きな電力損失が失われています。そのため、損失を避けるため、業界はデータセンター内の配電を直流（DC）に移行しようと思っています。

　ただし、最大の課題は直流（DC）への移行は小規模なデータセンターに限られ、顧客密度の高い大規模なデータセンターでは効率的に拡張することができません。また、AC-DC変換の配置場所、UPSと同等の性能を発揮するDCバス上の蓄電デバイスの設計など、様々な課題が残されています。

　現在、全世界で直流（DC）配電システム導入したデータセンターは、業界のごく一部に過ぎませんが、直流電源の導入は依然として説得力があります。より多くのデータセンターのデータセンター保有企業、運営企業、請負業者が直流電源に大きな投資を行えば、直流規格や直流サーバー、ネットワークスイッチなどの直流機器の開発を促進し、直流（DC）配電システムを次のレベルへ引き上げることができます。