Vertiv GmbH

Das Potenzial einer Hochvolt-DC-Strominfrastruktur in KI- und HPC-Rechenzentren gilt zunehmend als logischer nächster Schritt – insbesondere, da Rack-basierte DC-Stromversorgungssysteme eine praktikable Brücke zur Steigerung der Energieeffizienz schlagen.

Dieser Blog ist der zweite Teil einer Reihe, die das Potenzial höherer DC-Spannungsarchitekturen für Rechenzentren, erste Anwendungsbeispiele sowie Rack-basierte DC-Systeme als Übergangslösung in Richtung einer 800-VDC-fähigen Zukunft beleuchtet.

Mit Blick auf die weitere Entwicklung der Branche positioniert sich die Hochvolt-DC-Stromverteilung als konsequenter nächster Schritt. Das Konzept sieht vor, elektrische Energie innerhalb der Anlage direkt mit höherer DC-Spannung (z. B. 380 VDC) zu verteilen – potenziell von der Netzübergabestelle bis hinunter zu den Racks.

Eine 800-VDC-Architektur besitzt das Potenzial, Rechenzentren effizienter und nachhaltiger zu gestalten und gleichzeitig den stark steigenden IT- und Compute-Anforderungen gerecht zu werden. Betreiber und Entscheidungsträger können bereits heute erste Schritte zur Modernisierung einleiten und ihre Infrastruktur flexibel für zukünftige Innovationen ausrichten.

Ausblick auf 800 VDC

Auch wenn die vollständige Einführung von 800 VDC im Rechenzentrum noch im Aufbau ist – Standards befinden sich in Entwicklung, Pilotprojekte validieren das Konzept, unter anderem unterstützt durch die branchenoffene Organisation EMerge Alliance – sind die erwarteten Effizienzgewinne und Vorteile erheblich.

Effizienz- und Kostenvorteile

Frühe Implementierungen von 380-VDC-Systemen zeigten Effizienzsteigerungen von 10–15 % gegenüber vergleichbaren AC-Architekturen sowie reduzierte Investitionskosten und vereinfachte Designs.

Ein Pilotprojekt von Duke Energy aus dem Jahr 2010 demonstrierte beispielsweise eine Effizienzsteigerung von bis zu 15 % bei einem 380-VDC-Rechenzentrum. Eine 1,1-MW-Anlage in Zürich erzielte rund 10 % Effizienzgewinn im Vergleich zu konventioneller AC-Verteilung. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass DC-Verteilung bei steigenden IT-Lasten signifikante Einsparungen ermöglichen kann.

Seit 2010 wurden 380-VDC-Systeme auch im Produktionsmaßstab implementiert und erzielten Energieeinsparungen von bis zu 25 %. 2014 führte die Integration einer 14,1-MW-Solaranlage zu Effizienzgewinnen von 10–20 % gegenüber AC-Systemen. Diese Installationen gingen über Pilotprojekte hinaus und sind seit mehr als einem Jahrzehnt im produktiven Einsatz in Enterprise- und Hyperscale-Umgebungen.

Integration alternativer Energiequellen

Erneuerbare Energiequellen wie Photovoltaik oder Brennstoffzellen erzeugen von Natur aus Gleichstrom. Eine Hochvolt-DC-Architektur kann zusätzliche Umwandlungsschritte – etwa AC-USV-Ein- und -Ausgänge oder PDU-Transformatoren – reduzieren oder eliminieren.

Durch die Verringerung von AC-DC-Umwandlungen können Rechenzentren dezentrale Energiequellen (Distributed Energy Resources, DERs) effizienter integrieren.

Hybride AC-/HVDC-Modelle

Die Branche wird voraussichtlich eine Übergangsphase durchlaufen, in der klassische AC-Netzeinspeisung mit internen Hochvolt-DC-Bussystemen koexistiert – beispielsweise aus zentralen Gleichrichteranlagen, alternativen Energiequellen oder DC-Mikronetzen.

Rack-basierte DC-Systeme wie das Vertiv™ PowerDirect Rack unterstützen bereits heute hybride Modelle. Die Power-Shelves können integraler Bestandteil eines hybriden Ökosystems werden, ermöglichen eine sofortige Integration in bestehende AC-Infrastrukturen und bereiten gleichzeitig den Übergang zu Hochvolt-DC vor – inklusive höherer Leistungsdichten pro Rack.

Entwicklung von Standards

Brancheninitiativen wie die EMerge Alliance und das Open Compute Project (OCP) arbeiten an der Standardisierung von Hochvolt-DC-Stromverteilung. In den kommenden Jahren ist mit einer breiteren Standardisierung im Bereich von etwa 380 VDC bis 800 VDC zu rechnen.

Diese Standardisierung dürfte die Einführung beschleunigen und Betreibern mehr Planungssicherheit bei der Implementierung von Hochvolt-DC-Lösungen bieten.

Jetzt handeln: Rack-basierte DC-Stromversorgung

Die Implementierung von DC-Systemen bereitet Rechenzentren schon heute auf eine Zukunft mit Hochvolt-DC-Architekturen vor.

Durch die Straffung der Energieverteilung und die Reduzierung von Umwandlungsverlusten steigern DC-Architekturen die Effizienz und ermöglichen deutlich höhere Leistungsdichten pro Rack als traditionelle Konzepte. Sie erlauben es Betreibern, die Stromversorgung parallel zum steigenden Compute-Bedarf zu skalieren – ohne die Einschränkungen klassischer AC-Designs.

Mit Blick auf eine 800-VDC-Zukunft stellen diese Lösungen einen entscheidenden ersten Schritt dar: Sie verbinden heutige AC-basierte Infrastrukturen mit der nächsten Generation intelligenter, DC-gestützter Rechenzentren.

Das Vertiv™ PowerDirect Rack fügt sich mit seiner Fähigkeit zur 800-VDC-Eingangsanbindung nahtlos in hybride Modelle ein. Betreiber können ihre Effizienz bereits heute optimieren und gleichzeitig ihre Anlagen auf eine spätere 800-VDC-Architektur vorbereiten – ohne kostenintensive Umrüstungen.

Der dritte Beitrag dieser Reihe beleuchtet, wie das Vertiv™ PowerDirect™ Rack Geschwindigkeit und Skalierbarkeit unterstützt und welche Effizienzvorteile DC-basierte Systeme für Rechenzentren bieten.