Los nuevos servicios 5G prometen avances e innovaciones importantes en todo, desde la telemedicina hasta los automóviles autónomos. Estos servicios generarán demandas sin precedentes en los centros de datos y, por extensión, impondrán mayores demandas en la batería de respaldo del centro de datos.
Se espera que las redes 5G más rápidas sean al menos 10 veces más rápidas que 4G LTE, según el grupo comercial de la industria inalámbrica GSMA. Este mayor ancho de banda no solo promete velocidades de carga y descarga más rápidas para aplicaciones y datos, sino que también aumenta la cantidad de dispositivos que se pueden conectar a un sitio inalámbrico, expandiendo las capacidades para aplicaciones de IoT que aprovechan una gran cantidad de sensores en hogares, ciudades e industrias.
Las velocidades 5G también reducen la latencia de la señal entre los centros de datos y los puntos finales (dispositivos de usuario y nodos de IoT), lo que hace posible aplicaciones en tiempo real más sólidas, como vehículos autónomos y cirugía remota. Como plataforma de facto para IoT, 5G abrirá nuevos niveles de comunicaciones de máquina a máquina para muchos casos de uso informático, lo que hará que la demanda se dispare.
5G impulsará la evolución de la arquitectura DC
La combinación de alto rendimiento y baja latencia requerirá más almacenamiento y procesamiento de datos 5G para acercarse a los usuarios finales y los nodos de IoT, acelerando la proliferación de los centros de datos de Edge. Según Gartner, el Edge Computing (procesamiento fuera de un centro de datos centralizado tradicional o en la nube) representará el 75% de los datos generados por la empresa para 2025, frente a solo el 10% en 2018.
A medida que los centros de datos de computación periférica asuman un papel de liderazgo en las aplicaciones impulsadas por 5G, requerirán una evolución en los sistemas UPS sólidos para salvaguardar el tiempo de actividad y garantizar la conectividad de misión crítica y el tiempo de respuesta. Los operadores de los centros de datos periféricos deberán examinar las soluciones de respaldo de batería de acuerdo con estos criterios:
- Tamaño y peso más pequeños para adaptarse a una amplia gama de entornos de centros de datos de Edge, desde salas de servidores hasta contenedores y armarios.
- Operación segura para garantizar que los centros de datos periféricos no sean una amenaza para las instalaciones y los empleados que trabajan a su alrededor.
- Requisitos de alta confiabilidad y bajo mantenimiento para garantizar un funcionamiento continuo sin importar dónde se encuentre el centro de datos.
- Sostenibilidad, dado que el número creciente de centros de datos periféricos impulsa la implementación de la batería de respaldo, las baterías ecológicas se vuelven esenciales.
- La alta densidad de potencia minimiza el tamaño y el peso
Durante las décadas previas a la era 5G, la industria ha confiado en las baterías de respaldo de plomo-ácido para el respaldo del centro de datos. Esta tecnología familiar era adecuada cuando los centros de datos eran entornos centralizados y controlados con menores requisitos de energía de respaldo. Al ser una tecnología muy madura, las baterías de plomo-ácido tienen un costo inicial relativamente bajo y requisitos de mantenimiento bien entendidos.
Las crecientes demandas actuales de mayor potencia y menor tamaño hacen que las tecnologías más nuevas, especialmente las de iones de litio y níquel-zinc (NiZn), sean más competitivas. Estas nuevas tecnologías tienen una huella más pequeña y una vida útil más larga que las baterías de plomo-ácido, ventajas clave para los centros de datos de borde orientados a 5G.
Cómo la seguridad afecta el tamaño y el costo
Debido a que los centros de datos de Edge se generalizarán y, a menudo, se ubicarán en instalaciones cercanas a los empleados y al público, la seguridad es otro tema importante. Para comparar la seguridad de las tecnologías utilizadas en los sistemas de almacenamiento de energía, los ingenieros pueden consultar la NFPA 855: Norma para la instalación de sistemas de almacenamiento de energía estacionarios (ESS) que cubre las instalaciones de almacenamiento de energía como los sistemas de respaldo de batería.
NFPA 855 establece el umbral de capacidad de almacenamiento para la química de la batería ESS más allá del cual esos sistemas deben cumplir con los requisitos de NFPA 855 para garantizar un funcionamiento seguro. Para el plomo-ácido y el níquel-NiZn, este umbral se ha establecido en 70 kWh de energía almacenada. Por el contrario, los umbrales para baterías de iones de litio, Na-NiCl2 y de flujo se han colocado en solo 20kWh. Para una potencia de salida determinada, es probable que estas tecnologías se enfrenten a actualizaciones de infraestructura y sistemas de seguridad adicionales que aumenten su huella y los costos iniciales.
Para evaluar la seguridad una vez en funcionamiento, NFPA 855 hace referencia al método de prueba UL 9540A para evaluar la propagación de incendios fuera de control térmico en sistemas de almacenamiento de energía en baterías. Dados los casos bien documentados de celdas de iones de litio que experimentan un posible evento de fuga térmica, las baterías de iones de litio suelen utilizar un sistema de gestión de baterías (BMS) y otros mecanismos de seguridad para demostrar que no hay fuga térmica durante las pruebas UL 9540A. Las baterías de NiZn, por otro lado, han sido probadas rigurosamente por UL de acuerdo con el método de prueba UL9540A a nivel de celda (sin BMS u otros mecanismos de seguridad) y no exhibieron fugas térmicas en los cinco tipos de pruebas arduas y destructivas. La seguridad a nivel de celda de las baterías de NiZn es una clara ventaja, especialmente en instalaciones Edge con espacio limitado donde no son posibles medidas de seguridad adicionales y los entornos de Edge extremo pueden variar ampliamente.
Rendimiento confiable para respaldo
Cuando se trata de confiabilidad, las tres tecnologías tienen rangos operativos específicos y vida útil del producto. Si bien inicialmente son más costosos, los sistemas de respaldo de baterías de iones de litio y NiZn tienen de dos a tres veces la vida útil operativa de las baterías de plomo-ácido. Esto no solo mejora la confiabilidad, sino que también minimiza los costos operativos involucrados con uno o dos ciclos de reemplazo de batería.
Otro parámetro clave de confiabilidad es el funcionamiento de la cadena de baterías. Cuando falla una celda de batería de plomo-ácido o de iones de litio, se crea una alta impedancia o un circuito abierto que detiene el funcionamiento de la cadena. Una celda de NiZn débil o agotada, por otro lado, permanece conductora, lo que permite que la cadena continúe funcionando. Además, las cadenas de baterías de NiZn toleran mejor los desequilibrios de las cadenas y mantienen una salida de potencia constante en estados de carga y salud significativamente más bajos que las otras tecnologías.
Por último, los sistemas de baterías de NiZn tienen un rango de temperatura de funcionamiento mayor que el de plomo-ácido, lo que también aumenta la confiabilidad al tiempo que reduce los requisitos de enfriamiento de las instalaciones.
Sostenibilidad y reciclaje
La sostenibilidad ya no es opcional, se ha convertido en una prioridad obvia para los operadores de centros de datos. La industria de fabricación de plomo-ácido ha hecho un buen trabajo al promover la alta tasa de reciclaje de las baterías de plomo-ácido. Pero el negocio de reciclar estas baterías no es bueno para el medio ambiente ni para las personas que hacen el trabajo. Las baterías de plomo-ácido contienen cantidades significativas de plomo y otros materiales peligrosos que crean un proceso de reciclaje altamente contaminante y peligroso. De hecho, las organizaciones ambientales han identificado el reciclaje de baterías de plomo-ácido usadas como el problema de contaminación número uno del mundo.
Las baterías de iones de litio a menudo se consideran una opción "más limpia" que las baterías de plomo-ácido. Sin embargo, contienen elementos de tierras raras cuya fuente es muy contaminante. La extracción de litio por sí sola tiene importantes impactos ambientales y sociales, desde la contaminación y el agotamiento del agua hasta la lixiviación de sustancias químicas tóxicas, los derrames y las emisiones al aire.
La química del NiZn es más respetuosa con el medio ambiente que las baterías de plomo-ácido y de iones de litio. La lista de materiales de las baterías de NiZn consiste principalmente en materiales comunes no peligrosos y de alta disponibilidad, a diferencia de las baterías de plomo-ácido que contienen cantidades significativas de plomo y otros materiales peligrosos.
En un Informe de impacto climático reciente realizado por Boundless Impact Research & Analysis, las baterías de NiZn se clasificaron por encima de las químicas de plomo-ácido y de iones de litio en varios criterios, incluidos los gases de efecto invernadero (GEI) evitados, el rendimiento del carbono en la compra y el tiempo de amortización del carbono. En comparación con otras químicas de baterías, la tecnología NiZn recibió la puntuación general más alta de 9,4 de una puntuación máxima posible de 10.
El papel fundamental del respaldo de energía en un mundo 5G
A medida que los servicios 5G proliferen en todo el panorama, las personas y las empresas aprenderán a disfrutar y depender de las próximas aplicaciones de alto rendimiento y baja latencia. Para los servicios basados en IoT y el entretenimiento móvil en tiempo real, los centros de datos Edge deberán estar siempre disponibles para procesar los enormes flujos de datos de una constelación de dispositivos de IoT y de usuario final. La elección de la tecnología para la batería de respaldo puede tener un impacto sustancial en el tamaño, la seguridad, la confiabilidad y la sostenibilidad de los centros de datos Edge que harán que 5G desempeñe un papel productivo en nuestro mundo.