Qualsiasi attività economica umana oggi a che fare con la disponibilità di energia elettrica: è semplicemente impossibile immaginare la nostra economia, così come la conosciamo oggi, senza la presenza di questa forza capace di muovere macchine, motori e illuminare gli ambienti in cui lavoriamo. Tutto questo vale ancora di più nel particolare segmento temporale in cui viviamo, caratterizzato dalla predominanza delle tecnologie ICT che, anche se diamo per scontate, dipendono per il loro funzionamento dalla disponibilità di energia elettrica. A sua volta l’elettricità è il risultato di un processo di produzione e di trasporto piuttosto complesso che, sebbene si sia affinato nel corso dei decenni, è tuttora suscettibile di interruzioni e disservizi, che vanno dal catastrofico blackout sino alle fluttuazioni della tensione di rete. Tutti aspetti che mal si conciliano con la necessità di imprese e provider di mantenere operativi i propri servizi 24 ore su 24, sette giorni su sette, per 365 giorni l’anno. In particolare, l’impatto delle interruzioni di elettricità su computer e infrastrutture IT per un periodo di tempo anche limitato può essere davvero problematico, con danni permanenti alle infrastrutture hardware o ai file/informazioni in esso contenuti.
UPS: che cosa sono
Per questo motivo, ormai da tantissimi anni, sono in commercio diversi modelli di UPS, Uninterruptible Power Supply, noti in italiano come gruppi di continuità. Come raccontiamo in questa speciale guida redatta con il supporto di Vincenzo Spagnoletti, Director of Datacenter di APC by Schneider Electric, società focalizzata proprio nel mondo dei gruppo di continuità, «nonostante le enormi differenze esistenti tra modelli di dispositivi e destinazioni d’uso, gli UPS possono essere ricondotti a un’unica caratteristica fondamentale e comune: la capacità di proteggere la disponibilità elettrica di un carico critico nel caso di disservizi o interruzioni della corrente elettrica» mette in luce Spagnoletti.
I gruppi di continuità sono tipicamente costituiti da tre componenti principali:
1) un raddrizzatore-caricabatterie capace di convertire la corrente alternata in corrente continua e caricare così la batteria
2) una o più batterie concepite per immagazzinare l’energia e recuperarla istantaneamente
3) un inverter progettato per convertire la corrente continua immagazzinata in alternata
UPS: come funzionano
Su un piano più tecnico, i gruppi di continuità operano per stabilizzare la tensione di alimentazione all’interno di un determinato range di funzionamento. Al di fuori di questo range entra in gioco la batteria dell’UPS che, sino a quando l’alimentazione non ritorna nell’intervallo stabilito, continua a garantire la carica elettrica necessaria. Questa breve descrizione permette di capire quanto gli UPS siano una soluzione di utilizzo trasversale: «oggi praticamente non esiste mercato o segmento verticale che non abbia bisogno degli UPS, all’interno di una precisa strategia di business continuity. Ovviamente ci sono alcuni attori che hanno maggiormente bisogno di una potenza elettrica supplementare per la propria operatività (basti pensare ai provider IT, alle Telco, ecc) e anche il dimensionamento stesso degli UPS va fatto tenuto conto del grado di criticità del singolo carico da proteggere, nonché del tempo di downtime che si è disposti ad accettare», racconta il manager di APC By Schneider Electric. Per quanto riguarda la vita utile degli UPS, la media è tra i sette e i dieci anni. In generale è possibile dire che quanto più aumenta il valore economico dell’UPS tanto più il ciclo di vita è lungo. In buona sostanza i gruppi di continuità più grandi sono progettati per durare una decina d’anni, mentre quelli più piccoli non vanno oltre i 3-5 anni.
UPS: le diverse tipologie
Come abbiamo accennato in precedenza, la varietà delle applicazioni d’uso dei gruppi di continuità – non certamente limitate soltanto alle tecnologie ICT – fa sì che non esista certo un’unica varietà dei sistemi UPS oggi in commercio.
Una prima distinzione può essere operata tra sistemi monofase e trifase:
Gli UPS monofase sono pensati soprattutto per la protezione dello small office, ma anche di server e networking, per arrivare sino ai 10 kWA di potenza. I gruppi di continuità trifase sono invece progettati per data center e applicazioni critiche industriali e possono persino arrivare a superare i MWA di capacità, grazie alla possibilità di coordinare più UPS.
Una seconda distinzione può essere effettuata guardando alla particolare configurazione degli UPS, da cui è possibile individuare cinque diverse casistiche.
La prima è rappresentata dagli UPS in configurazione Standby, che rappresentano la tipologia più comune utilizzata per garantire la continuità elettrica dei Personal computer. Da un punto di vista operativo, in questo caso l’inverter entra in funzione soltanto in un caso ben preciso, ovvero quando si ha una caduta dell’alimentazione da rete (da qui il nome Standby). Questa caratteristica assicura una serie di vantaggi, che possono essere riassunti nell’efficienza elevata, nelle dimensioni contenute e nei costi ridotti.
Il secondo raggruppamento è quello degli UPS on Line, che sono di norma utilizzati per garantire la continuità di alimentazione di piccole aziende e server. Rispetto agli UPS in standby esiste la possibilità di correggere condizioni di tensione di linea bassa o elevata, opzione che rende questo sistema UPS predominante nell’intervallo di potenze compreso tra 0,5 e 5 kWA.
La terza casistica è rappresentata dagli UPS standby-ferro, che sino a non molto tempo fa erano quelli più diffusi nell’intervallo 2-15 kWA. I punti di forza di questa tipologia sono caratterizzati dall’elevata affidabilità e dall’eccellente filtro sulla rete di alimentazione. Di contro la loro bassa efficienza, abbinata all’instabilità che si manifesta con alcuni generatori e alcuni computer di tipo recente, hanno determinato una netta diminuzione dell’utilizzo di questa categoria.
Attualmente gli UPS on-line a doppia conversione rappresentano invece la tipologia più diffusa per potenze superiori a 10 kWA. La principale caratteristica di questo UPS è la capacità di fornire prestazioni elettriche in uscita quasi ideali. Esiste però un limite che è costituito dall’usura costante dei componenti di potenza, fattore che diminuisce l’affidabilità rispetto ad altri tipi di soluzione. Inoltre, gli Ups on-line a doppia conversione devono fare i conti con una certa quantità di energia dissipata a causa dell’inefficienza dell’alimentazione elettrica.
Con l’obiettivo di ridurre questi inconvenienti, circa una decina di anni fa è stata introdotta una variante di questa tecnologia, definita come UPS on-line a conversione delta. Senza entrare eccessivamente nel dettaglio delle caratteristiche tecniche, il beneficio principale è che il convertitore a delta consente all’UPS di erogare potenza al carico con un’efficienza molto maggiore rispetto ai sistemi a doppia conversione.
UPS: come si stanno evolvendo
In generale l’UPS è oggi ormai un oggetto intelligente e connesso, con una propria scheda di rete e con un firmware a bordo, che consente di monitorarne il funzionamento, in locale ma anche da remoto, attraverso il cloud, fattore che risulta particolarmente utile quando occorre gestire non soltanto un singolo UPS, ma un parco da decine di macchine. Proprio a causa della crescita senza precedenti in questa fase storica delle tecnologie ICT, le dimensioni del mercato UPS sono in costante crescita. «Sicuramente c’è una domanda in aumento per due fattori importanti: il primo è senz’altro l’esplosione del digitale e della conseguente necessità di gestione dei dati. Un boom che sempre più spesso è gestito con delle architetture distribuite di tipo edge. Inoltre molto siti produttivi, con l’avvento dell’Industria 4.0 si rendono conto di dover proteggere adeguatamente linee e stabilimenti, con i tempi di downtime che devono essere ridotti all’osso, pena perdite economiche decisamente ingenti. C’è dunque, possiamo dire, una maggiore consapevolezza delle esigenze di business continuity nel settore industriale», mette in luce Spagnoletti. In questa fase occorre poi considerare come gli UPS siano coinvolti in un’importante rivoluzione tecnologica: tipicamente, sinora, le batterie dei gruppi di continuità hanno funzionato con il piombo. Oggi, però, si sta affacciando anche l’alternativa degli ioni di litio, che sembrano presentare dei vantaggi oggettivi rispetto a quelle tradizionali: minore peso, minore ingombro, tempi di ricarica più rapidi, cicli di ricarica più rapidi, maggiore resistenza alle temperature elevate e conseguente maggiore durata. Il prezzo di partenza delle soluzioni agli ioni di litio, anche se in discesa rimane superiore, ma la maggiore vita utile consente di ammortizzare la spesa iniziale.
