SST Revolution: Od centrów danych do sieci elektrycznych

Streszczenie: 16 października 2025 r. NVIDIA opublikowała biały papier "800 VDC Architecture for Next-Generation AI Infrastructure", podkreślając, że wraz z szybkim rozwojem dużych modeli sztucznej inteligencji i ciągłą iteracją technologii CPU i GPU, moc na szafę wzrosła z 10 kW w 2020 r. do 150 kW w 2025 r., a według prognoz do 2028 r. osiągnie 1 MW na szafę. Dla takich megawatowych obciążeń mocy i ekstremalnych gęstości mocy tradycyjne niskonapięowe systemy dystrybucji prądu przemiennego nie są już wystarczające. W związku z tym biały papier proponuje przejście od konwencjonalnych systemów zasilania 415V AC do architektury dystrybucji 800V DC, co wywołuje znaczne zainteresowanie kluczową technologią włączającą w siebie tzw. Solid-State Transformers (SST).

Zalety dla projektów centrów danych: Solid-State Transformer (SST) może bezpośrednio przekształcać prąd przemienny z sieci 10 kV na prąd stały 800 V, oferując zalety takie jak kompaktowy rozmiar, lekka konstrukcja oraz zintegrowane funkcje, w tym rekompensacja reaktywnej mocy i zarządzanie jakością energii. Systemy HVDC mogą eliminować potrzebę wielu urządzeń pośrednich, takich jak UPS.

Z architektury dystrybucji mocy w centrach danych wynika, że przejście na HVDC (Wysokonapięte Prąd Stały) oferuje wiele zalet, w tym:

• Wyższe napięcie redukuje prąd, bezpośrednio zmniejszając wymagany ilość miedzi w kablu lub paskach rozdzielczych.

• Znaczne zmniejszenie sprzętu dystrybucyjnego, eliminując potrzebę wielu tradycyjnych jednostek UPS.

• Znaczne zmniejszenie przestrzeni zajmowanej przez urządzenia pomocnicze — dla centrów danych o mocy megawatowej na szafę, konwencjonalne pomieszczenia elektryczne zajmowałyby znacznie większą powierzchnię niż główne serwerownie.

• Poprawiona efektywność przetwarzania: SST są znacznie bardziej efektywne niż tradycyjne transformery, a dzięki znacznie mniejszej liczbie etapów przetwarzania mocy w ogólnej architekturze systemu straty energii są znacznie zmniejszone.

Jak pokazano na powyższym rysunku, szafy akumulatorów energetycznych mogą być bezpośrednio podłączone do DC 800V bus ("bezpośrednie zawieszanie baterii"), co pozwala na zmniejszenie strat mocy pośrednich i eliminację kosztów inwerterów. Podobnie energia wiatrowa i słoneczna może być również bezpośrednio zintegrowana poprzez konwertery DC/DC. Ten postęp ma istotne znaczenie dla promowania zielonych centrów danych.

SST nie ograniczają się do centrów danych: Cele "Podwójnego Węgla" (szczyt emisji CO2 do 2030 r., neutralność węglowa do 2060 r.) podniosły efektywność energetyczną w sektorach przemysłowym i cywilnym na nowy poziom. W ogólnych budynkach przemysłowych i handlowych SST mogą być również szeroko stosowane. Gdy wyjście wtórne jest prądem przemiennym, SST mogą bezpośrednio modernizować i zastępować tradycyjne transformery. Gdy napięcie wtórne to wysokie napięcie DC, będzie to przełomowe posunięcie dla dystrybucji prądu stałego na poziomie budynku. Na przykład w obecnej promocji technologii "Photovoltaic-Storage-Direct-Flexible" (PSDF), od transformatora do pasa rozdzielczego, nie są już potrzebne centralne lub rozproszone dwukierunkowe inwertery AC/DC, co umożliwia bezproblemową dystrybucję prądu stałego w całym budynku.

Co do obaw dotyczących dojrzałości urządzeń końcowych zasilanych prądem stałym, takie urządzenia są teraz coraz bardziej dojrzałe, w tym:

• Samochody elektryczne (EV): Platformy EV ewoluują od 400VDC do 800VDC i jeszcze wyższych napięć. Te systemy podkreślają szybkie ładowanie, wysoką gęstość mocy, zmniejszenie miedzi w kablu, a także wydajne prostowniki, kabele przenośne o dużej średnicy, zaawansowane bezpieczne konektory i schematy ochrony tolerancyjne na uszkodzenia. Wysokie napięcie DC umożliwia pojazdom ładowanie lub nawet sprzedaż mocy z powrotem do sieci (V2G) poprzez stacje ładowania dwukierunkowe.

• Fotowoltaika (PV): Duże farmy słoneczne działają zwykle przy 1000–1500VDC, korzystając z dojrzałych urządzeń sterujących stroną DC, bezpieczników i skrzynek łączących, aby bezpośrednio podłączyć się do systemów dystrybucji DC.

• Magazyny energii (ES): Komercyjne i przemysłowe systemy magazynowania energii mogą być bezpośrednio podłączone do sieci DC 800V.

• Systemy HVAC i inne urządzenia energetyczne: Wiodący chiński producent systemów HVAC już wprowadził urządzenia kompatybilne z 375V DC.

• Oświetlenie LED, gniazdka i inne urządzenia końcowe: Odpowiednie produkty DC są teraz szeroko wdrażane.

• W przypadku transformatorów SST, krajowi producenci sprzętu już wprowadzili produkty, które są stosowane i promowane w różnych scenariuszach, takich jak centra danych i modernizacje oszczędzające energię.