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¿Eficiencia energética o densidad de potencia?

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En esta ocasión, Mark Patrick, director de marketing técnico para EMEA en Mouser Electronics, nos explica la diferencia entre eficiencia energética o densidad de potencia y cuando debemos elegir una u otra.

A menudo, la elección de una fuente de alimentación se basa en una sola cifra de eficiencia en la ficha técnica.

Los fabricantes se esfuerzan al máximo por subir este número, lo que incluye definir las condiciones de medición con más detalle. Los diseñadores están creando topologías más complejas, como el puente completo con cambio de fase (PSFB, por sus siglas en inglés) y los convertidores LLC.

Si hablamos de componentes, la tendencia es usar MOSFET en lugar de diodos para reducir las pérdidas. Hasta el uso del silicio se está replanteando, puesto que los materiales de banda prohibida ancha (WBG), como el carburo de silicio (SiC) o el nitruro de galio (GaN), parecen aportar mejor rendimiento, incluso con frecuencias de conmutación altas.

Para el usuario final, la cifra exacta de eficiencia que aparece en la ficha técnica de una fuente de alimentación no significa gran cosa; hay factores más importantes, como la eficiencia del proceso o sistema o el objetivo de cumplir con obligaciones medioambientales y financieras (o incluso superarlas).

Cada vez es más evidente para todo el mundo que, a fin de proteger el medioambiente y controlar los costes, hay que tener muchas cosas en cuenta durante todo el ciclo de vida de un sistema, y no solo la cifra de eficiencia que aparece en la ficha técnica de una fuente de alimentación. Sin embargo, el coste de adquirir y mantener instalaciones también es elevado, así que todos quieren aprovechar al máximo su espacio disponible a la hora de mantener equipos que generen ingresos. Por lo tanto, el concepto de densidad de potencia es, para ellos, más importante que el de eficiencia energética.

En este artículo, hablaremos en detalle de la densidad de potencia y de la eficiencia energética; veremos lo que está implicado en obtener una eficiencia alta y en adquirir soluciones de potencia de gran rendimiento, así como en desecharlas de un modo responsable al final de su vida útil. Compararemos esto con una estrategia en la que el objetivo sea aumentar la densidad de potencia, y veremos cómo mejora la eficiencia del sistema. El artículo también analiza si la gestión del calor debería ser lo más importante, en lugar de la eficiencia global de la conversión de potencia.

El concepto de eficiencia energética

La eficiencia energética es un concepto fácil de entender. Cuanto más cerca estemos del 100 %, mejor será todo, ¿correcto? En realidad, todo depende de cómo nos planteemos lo que es la eficiencia. Por ejemplo, en una oficina o un centro de datos, no se hace ningún trabajo físico (no se mueve ninguna maquinaria), así que podríamos decir que estos lugares tienen un 0 % de eficiencia, ya que toda la energía usada se acaba convirtiendo en calor a través de los ordenadores, servidores, dispositivos de almacenamiento y conversores de potencia.

Sin embargo, si comparamos la eficiencia de los ingresos (es decir, el valor monetario de la electricidad en comparación con los ingresos), esta podría llegar al 1000 %. Por lo tanto, para el rendimiento y el éxito del negocio, el objetivo debería ser reducir al máximo el gasto de electricidad reduciendo la cantidad de electricidad empleada por unidad de salida.

Todos los directores de centros de datos tienen el reto de aumentar la capacidad de almacenaje y procesamiento, además de la generación de ingresos y los beneficios. Para lograrlo, deben tener bajo control el coste de la electricidad y asegurarse de que las adquisiciones sean rentables en poco tiempo. A medida que se van añadiendo servidores, el coste por electricidad aumenta, así como la capacidad de generar ingresos. Esta relación entre ingresos y costes se define, en parte, por la selección del equipo.

En una fábrica, la única razón válida para añadir otro motor potente es que vaya a generar un mayor volumen de ventas, así que el accionamiento del motor y su fuente de alimentación son costes indirectos que, por sí solos, no agregan valor comercial. Por lo tanto, todos los gastos de explotación (como la electricidad) relacionados con el uso del motor se consideran una pérdida en el resultado neto. La eficiencia es importante, pero solo en un contexto en el que hacemos todo el trabajo necesario usando la menor cantidad posible de electricidad.

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