كيفية اختيار البطارية المناسبة لمشغلي مراكز البيانات؟

لا توجد تقنية بطاريات "أفضل" لمشغلي مراكز البيانات. كل نوع من البطاريات له مزاياه وعيوبه، ويجب على المشغلين اختيار منتج البطارية الأكثر ملاءمة وفقًا لمتطلباتهم.

I. بطاريات الرصاص الحمضية في مركز البيانات

لا تزال بطاريات الرصاص الحمضية شائعة اليوم لأنها تتمتع بسجل حافل من الموثوقية. إنها الخيار الأكثر اقتصادا للتطبيقات واسعة النطاق، حيث تقدم أداءً وكفاءة ممتازين، ومقاومة داخلية منخفضة، وتحملًا عاليًا للتعامل غير السليم وتكاليف الشراء المرتفعة.
يتكون الإلكتروليت المستخدم في بطاريات الرصاص الحمضية من الماء وحمض الكبريتيك، ولوحة قطب كهربائي تتكون من الرصاص الإسفنجي (القطب السالب) وأكسيد الرصاص (الأنود). النوع الرئيسي لخلية بطارية حمض الرصاص هو بطارية حمض الرصاص الخاضعة للتنظيم (VRLA)، والمعروفة أيضًا باسم البطارية "المختومة" أو "التي لا تحتاج إلى صيانة".
بطاريات VRLA محكمة الغلق، ولكن بها صمام يسمح بتنفيس تراكم الغازات الداخلي إلى الغلاف الجوي. وهي لا تتطلب عادة صيانة مباشرة ولا تحتاج إلى ملؤها بالماء، حيث أن الهيدروجين المنطلق أثناء عملية الشحن يتحد مرة أخرى مع الأكسجين لتكوين الماء داخليًا. هناك نوعان رئيسيان من بطاريات حمض الرصاص الخاضعة للتنظيم (VRLA) في السوق، والفرق بينهما يكمن في خليط الإلكتروليت: بطاريات المباعد من الألياف الدقيقة الزجاجية (AGM) تحتوي على الإلكتروليت الموجود في فاصل زجاجي من الألياف الدقيقة عالي المسامية؛ بينما تحتوي بطاريات الهلام على هلام إلكتروليت يتكون من خليط من حمض الكبريتيك والسيليكا.
يتم استخدام نوع AGM لبطارية الرصاص الحمضية المختومة (VRLA) بشكل شائع في إمدادات الطاقة UPS بسبب مقاومتها الداخلية المنخفضة، وقوتها والكفاءة المحددة الأعلى، وانخفاض معدل التفريغ الذاتي، وانخفاض تكلفة الشراء. تعد بطاريات المباعد المصنوعة من الألياف الزجاجية (AGM) أسرع في الشحن ويمكن أن توفر تيارات عالية لفترات قصيرة من الزمن.
تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية الغنية بالسائل على ألواح قطبية مغمورة في محلول كهربائي حمضي. نظرًا لعدم وجود مانع للتسرب، وبالتالي يتم تنفيس غاز الهيدروجين الناتج أثناء التشغيل مباشرة إلى البيئة، يجب أن يكون نظام التهوية الخاص بها أكثر قوة من نظام بطاريات الرصاص الحمضية ذات الصمامات المغلقة (VRLA). في معظم الحالات، يتم وضع بنك البطارية في غرفة مخصصة. يجب الاحتفاظ ببطاريات الرصاص الحمضية الغنية بالسوائل في وضع رأسي للتشغيل وتتطلب زيادة يدوية لمستوى الماء.
تتمتع بعمر خدمة أطول وموثوقية أعلى من بطاريات الرصاص الحمضية ذات الصمامات المغلقة (VRLA). يجب الحفاظ على حجرة البطارية الخاصة ببطاريات الرصاص الحمضية عند درجة حرارة ثابتة إلى حد معقول (20-25 درجة مئوية) لتجنب تقصير عمر الخدمة وحتى التسبب في الضرر.

2. بطاريات الليثيوم أيون في مركز البيانات

في بطارية أيون الليثيوم، يكون "الكاثود" عادةً عبارة عن أكسيد فلز ويكون الأنود عادة عبارة عن جرافيت كربون مسامي. كلاهما مغموران في المنحل بالكهرباء السائل المصنوع من أملاح الليثيوم والمذيبات العضوية.
هناك مجموعة واسعة من بطاريات أيون الليثيوم، والتي يمكن تبسيطها إلى ستة أنواع: أكسيد كوبالت الليثيوم (LCO)، أكسيد الليثيوم المنغنيز (LMO)، أكسيد كوبالت الليثيوم المنغنيز (NMC)، فوسفات حديد الليثيوم (LFP)، أكسيد النيكل والكوبالت الألومنيوم (NCA)، وأكسيد الليثيوم التيتانيوم (LTO). يعتمد الاختيار بين هذه الخلايا على عدة عوامل ولا يمكن إجراء مقارنات دقيقة لأن العديد من الجوانب مثل الميكانيكا وحجم الخلية ومزيج المواد النشطة تلعب دورًا مهمًا في الأداء.
أصبحت بطاريات الليثيوم أيون بديلاً جذابًا بشكل متزايد لبطاريات الرصاص الحمضية في بيئات مراكز البيانات، حيث يعد توفر الطاقة بالتأكيد أولوية قصوى وتوفر بطاريات الليثيوم أيون مستوى أعلى من الموثوقية من حلول حمض الرصاص. لا تعد كل بطارية فردية أكثر أمانًا واستقرارًا فحسب، بل تحتوي كل وحدة بطارية على وحدة تحكم إلكترونية تقوم بفحص البطارية بشكل مستمر بحثًا عن أي علامات تغيرات في الأداء.
تتم مراقبة درجة الحرارة والتيار والجهد وحالة الشحن لكل بطارية على مستوى الخزانة، مما يوفر صورة واضحة عن حالة البطارية الحالية والتنبؤ بأوقات التشغيل والأداء في المستقبل. يمكن شحن بطاريات الليثيوم أيون بشكل أسرع من بطاريات الرصاص الحمضية، وتوفر دورات تفريغ/إعادة شحن أكثر من بطاريات الرصاص الحمضية، وتوفر كثافة طاقة وكفاءة أعلى، خاصة عند معدلات التفريغ العالية. يؤدي هذا إلى التخلص من الإفراط في استخدام البطارية مع تقليل مقدار المساحة المطلوبة لتركيب البطارية. على الرغم من أن سعر الشراء الأولي لبطاريات الرصاص الحمضية أقل، إلا أن بطاريات الليثيوم أيون تدوم على الأقل ضعف مدة بطاريات الرصاص الحمضية ذات المواصفات نفسها، مما يقلل من تكلفة الاستثمار الإجمالية. كما يتم أيضًا تقليل تكاليف العمالة المرتبطة بإزالة البطارية واستبدالها. تولد بطاريات الليثيوم أيون قدرًا أقل من الحرارة المهدرة، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التبريد وتقليل البصمة الكربونية.

3. بطاريات النيكل والكادميوم في مركز البيانات

تتكون أقطاب بطارية النيكل والكادميوم من هيدروكسيد النيكل (لوحة إيجابية) وهيدروكسيد الكادميوم (لوحة سلبية). تتمتع بطاريات NiCd بعمر تشغيلي طويل (يصل إلى 20 عامًا) ويمكنها التعامل مع درجات الحرارة القصوى (-20 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية). لديهم أيضًا دورة حياة عالية ويتحملون جيدًا التصريفات العميقة. وتتعلق المزايا الأخرى بالمقاومة الداخلية المنخفضة، والتي توفر كثافة طاقة عالية وقدرة شحن سريعة. توفر بطاريات NiCd فترات تخزين طويلة ودرجة عالية من الحماية ضد سوء الاستخدام.
ومع ذلك، تعد بطاريات NiCd أكثر تكلفة بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية ذات الصمامات المغلقة (VRLA). وبالإضافة إلى ذلك، فإن عملية التخلص من البطارية وإعادة تدويرها مكلفة لأن النيكل والكادميوم سامان. تتطلب بطاريات NiCd أيضًا صيانة على شكل إضافة الماء، خاصة في التطبيقات ذات الدورة العالية، أو بمعدلات شحن عالية مع طرق شحن معينة.