Einhaltung der EU-Richtlinie 20/20/20

Mit Gleichstrom im Rechenzentrum besser aufgestellt

Durch den Einsatz von 400-Volt-Gleichstromversorgungsarchitekturen könnten ­Unternehmen zukünftig die EU-Richtlinie 20/20/20 einhalten: bis zum Jahr 2020 die Energieeffizienz um 20 Prozent zu steigern und zugleich den Energieverbrauch sowie den CO2-Ausstoß um jeweils 20 Prozent zu senken. Ein potentielles Einsatzgebiet ist das ­eigene Rechenzentrum (RZ).

Strom, Bildquelle: Thinkstock/iStock

Was ist das bessere Stromversorgungssystem: Gleichstrom oder Wechselstrom? Um diese Frage entbrannte Ende des 19. Jahrhunderts in den USA ein Konkurrenzkampf zwischen Thomas Alva Edison und George Westinghouse. Während Edison ein Verfechter der Verwendung von 110-Volt-Gleichstrom war, erkannte Westinghouse die Probleme, die sich daraus ergaben. Denn zu diesem Zeitpunkt fehlten Technologien, mit deren Hilfe Gleichstrom über größere Entfernungen sicher und wirtschaftlich übertragen werden konnte. Deshalb setzte sich Wechselstrom als bevorzugte technische Standardlösung für die elektrische Stromversorgung durch.

Inzwischen haben sich die technischen Möglichkeiten weiterentwickelt. Heute kann auch Gleichstrom kostengünstig über größere Entfernungen übertragen werden. Darüber hinaus verbreiten sich zunehmend erneuerbare Energien, die Gleichstrom produzieren – zudem werden die meisten technischen Geräte mit Gleichstrom betrieben. Dadurch ist ein Umfeld entstanden, in dem die 400-Volt-Gleichstromversorgung insbesondere für Rechenzentrumsverantwortliche eine Alternative darstellt. Potential sehen Anbieter wie Emerson Network Power auch in den Bereichen Gebäudeversorgung und Telekommunikation.

Anforderungen an ein Rechenzentrum

Die Anforderungen an Rechenzentren sind klar definiert: hohe Verfügbarkeit und Effizienz sowie geringe Gesamtkosten. Für die optimale Stromversorgung verfügt jedes IT-Gerät über ein eigenes Netzteil, das die ankommende Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt. Neben Umwandlungsverlusten haben die Netzteile einen weiteren Nachteil: Sie stellen eine zusätzliche Wärmequelle dar und erhöhen so den Bedarf an Kühlleistung. Die Versorgung mit Gleichstrom wäre hier die bessere Alternative. Denn wenn weniger Umwandlungsbedarf besteht, wird Energie gespart und die Energiekosten sinken. Durch die Verteilung und die Verringerung von Fehlerquellen reduziert sich zudem die Gefahr von Stromunterbrechungen und die Verfügbarkeit der Stromversorgung steigt.

Darüber hinaus ist bei der Gleichstromversorgung kein Phasenausgleich notwendig, Oberschwingungen treten nicht auf. Dadurch werden auch Leistungsminderungen der Geräte aufgrund einer mangelhaften Energieaufnahme vermieden. Wie hoch genau die Einsparungen durch eine Gleichstromversorgungsarchitektur sind, hängt laut Anbieteraussagen vom Einzelfall ab. Schätzungen gehen davon aus, dass die Energieeffizienz aufgrund verringerter Umwandlungsverluste um bis zu zehn Prozent verbessert werden kann.

Besserer Stromtransport

Neben Stromkosten sollen sich durch die Gleichstromversorgung auch bei der Infrastruktur Kosten einsparen lassen. Zum einen entfallen die AC/DC-Wandler. Werden Server mit Gleichstrom betrieben, entfällt die Transformation des Stroms auf seinem Weg vom Kraftwerk bis zum Server. Das verbessert den Wirkungsgrad beim Stromtransport. Weitere Einsparungen ergeben sich durch die geringere Zahl der Komponenten, die sonst für die Umwandlung von Wechsel- in Gleichstrom sorgen. Damit einhergehend reduziert sich der Aufwand beim Verlegen und Verdrahten von Kabeln. Das gleiche gilt für die Kühlung. Das soll Platz im RZ und Kosten sparen.

Vor allem sind Lösungen, die auf -48-Volt-Gleichstrom basieren, für die 400-Volt-Gleichstromversorgung geeignet. Dies gilt etwa für reihenbasierte Komponenten, die sich in der Nähe der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) befinden. Mit der Einführung von 400-Volt-Gleichstromversorgungssystemen und -komponenten stehen deren Vorteile nun erstmals für normale Rechenzentren zur Verfügung.

Erneuerbare Energiequellen

Nicht nur IT-Verantwortliche, sondern auch Gebäudeeigentümer und -betreiber suchen heute nach Wegen, Kosten zu senken. Häufig greifen sie auf intelligente Lösungen zurück, die den Energieverbrauch durch Nutzung nachhaltiger Materialien und Energiequellen senken. Wird Strom vor Ort aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen, verringert sich zudem die Abhängigkeit vom allgemeinen Stromnetz. Das ist insofern interessant, da erneuerbare Energiequellen Gleichstrom erzeugen und daher im Hinblick auf die 400-Volt-Gleichstromversorgung die „Energieversorgung der Wahl“ sind.

Die Verwendung von Gleichstrom für mit Wechselstrom betriebene Anwendungen erfordert dagegen mehrere Umwandlungen von Gleichstrom in Wechselstrom. Die Effizienz der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen nimmt durch diesen Vorgang ab. Diese zusätzlichen Umwandlungen lassen sich vermeiden, indem Mikronetze mit 400-Volt-Gleichstromversorgung in bestimmten Bereichen eines Gebäudes oder Betriebsgeländes eingesetzt werden. Dieses Vorgehen kann die Effizienz der Stromversorgung steigern, das elektrische Mikronetz vereinfachen und die Zuverlässigkeit bei niedrigeren Betriebskosten erhöhen.

Aufgrund der Zuverlässigkeit und der guten Signalqualität nutzen Telekommunikationsnetzwerke bereits seit längerer Zeit Gleichstromversorgungen. Da Telekommunikationsgeräte mittlerweile mit siliziumbasierter Gleichstromtechnologie funktionieren, sind die Gleichstromversorgungen und gleichstromgesteuerten Geräte bereits aufeinander abgestimmt. Doch es besteht laut Anbietermeinungen noch weiteres Kosteneinsparungspotential in diesem Bereich. Zum Beispiel ist 400-Volt-Gleichstrom besonders für die Über­tragung hoher Leistungen über große Entfernungen geeignet, da diese Technologie die Installations- und Betriebskosten senkt und das Kabelmanagement im Vergleich zu -48-Volt-Gleichstrom verbessert.

Bildquelle: Thinkstock/iStock

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