เครื่องสำรองไฟ Monolithic UPS vs UPS Modular เลือกแบบไหนให้เหมาะกับ Data Center

ในยุคที่ข้อมูลกลายเป็นสิ่งสำคัญที่ไม่สามารถประเมินมูลค่าได้ เรียกว่าหากระบบไฟฟ้าหยุดชะงักเพียงไม่กี่วินาที อาจสร้างความเสียหายในระดับที่ไม่สามารถประเมินมูลค่าได้เลยทีเดียว โดยเฉพาะกับศูนย์ข้อมูล (Data Center) ที่ต้องการความต่อเนื่องของระบบ 24 ชั่วโมง ดังนั้น เครื่องสำรองไฟ (UPS) จึงเปรียบเสมือนเกราะป้องกันสำคัญที่คอยรักษาความเสถียรของพลังงานให้ระบบทำงานได้ตลอดเวลา

ซึ่งตัวเครื่องสำรองไฟที่ถูกพูดถึงมากที่สุดในวงการ Data Center คือ UPS Monolithic และ Modular ซึ่งต่างก็มีข้อดีและจุดเด่นที่ตอบโจทย์การใช้งานแตกต่างกัน วันนี้เราจะพาไปทำความรู้จักกับ เครื่องสำรองไฟ ทั้ง 2 ให้มากยิ่งขึ้น พร้อมแนวทางในการเลือก UPS สำหรับ Data Center ที่เหมาะสมกับขนาดและลักษณะการใช้งานของแต่ละองค์กร

เครื่อง UPS คืออะไร? ทำไม Data Center ถึงต้องใช้?

นอกเหนือจากระบบปรับอากาศที่ดีสำหรับห้องดาต้าเซ็นเตอร์แล้ว UPS หรือ Uninterruptible Power Supply คือ เครื่องสำรองไฟฟ้า ที่ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันอุปกรณ์สำคัญจากไฟตก ไฟดับ หรือ ไฟกระชาก โดยเฉพาะอุปกรณ์ที่ไม่สามารถหยุดทำงานได้ เช่น Server, Storage, Network Switch, Router และระบบควบคุมอัตโนมัติใน Data Center 

เครื่องสำรองไฟ UPS ทำหน้าที่อะไร?

ในด้านการทำงานของเครื่องสำรองไฟ UPS จะมีหน้าหลัก ๆ อยู่ 3 อย่าง ได้แก่

1. สำรองไฟชั่วคราว เมื่อเกิดเหตุไฟฟ้าขัดข้อง เพื่อให้ระบบยังทำงานต่อได้จนกว่าจะสลับไปใช้แหล่งพลังงานสำรอง เช่น Generator หรือทำการปิดระบบอย่างปลอดภัย

2. ปรับแรงดันไฟฟ้าให้นิ่ง (Voltage Regulation) เพื่อลดผลกระทบจากไฟตกหรือไฟเกิน

3. กรองสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า (Noise Filtering) ป้องกันไม่ให้คลื่นรบกวนเข้ามากระทบกับอุปกรณ์ IT หรือเรียกง่าย ๆ คือ เป็นผู้รักษาความเสถียรของพลังงานไฟฟ้าให้ระบบ Data Center ทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ไม่มีสะดุด และไม่มีข้อมูลสูญหาย 

เครื่องสำรองไฟแบบ Monolithic กับ แบบModular ต่างกันอย่างไร?

เครื่องสำรองไฟแบบ Monolithic UPS

เครื่อง UPS แบบ Monlithic (โมโนลิทิก) คือ เครื่องสำรองไฟฟ้าแบบเดี่ยว (Standalone Unit) เป็นระบบสำรองไฟฟ้ารูปแบบหนึ่ง มีลักษณะการออกแบบที่เรียบง่าย รวมทุกส่วนสำคัญไว้ในเครื่องเดียว ไม่ว่าจะเป็นสวิตช์ Bypass อัตโนมัติ (Startic Bypass Switch) และวงจร Bypass สำหรับบำรุงรักษา (Maintenance Bypass) ทำให้ระบบสามารถสลับไฟหรือเข้าสู่โหมดบำรุงรักษาได้โดยไม่ต้องหยุดการจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับโหลด โดยทั่วไป UPS แบบโมโนลิทิก จะสามารถรองรับการต่อขนาน (Parallel) เพื่อตอบสนองความต้องการด้านความซ้ำซ้อน (Redundancy) เพื่อเพิ่มเสถียรภาพให้กับระบบโดยจะสามารถบำรุงรักษาหรือซ่อมแซมดูแล UPS เครื่องใดเครื่องหนึ่งได้ โดยที่ยังมีอีกเครื่องทำงานสำรองไฟให้โหลดสำคัญอยู่เสมอ ซึ่งนั่นหมายความว่าระบบจะไม่หยุดทำงานแม้กำลังอยู่ระหว่างการซ่อมบำรุงนั่นเอง

จุดเด่นของเครื่องสำรองไฟ Monolithic UPS

• ค่าใช้จ่ายเริ่มต้นที่ต่ำกว่า (Lower Initial Cost) โดยทั่วไปแล้ว ราคาเริ่มต้นในการซื้อจะต่ำกว่า Modular UPS ที่มีกำลังไฟเท่ากัน เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่า และไม่มีการออกแบบสำหรับโมดูลที่ถอดเปลี่ยนได้ (Hot-swappable)
• มีระบบวงจรและการควบคุมที่ค่อนข้างเรียบง่าย ทำให้การติดตั้งและการกำหนดค่า (Configuration) ทำได้ง่ายและรวดเร็วกว่า
• มีจำนวนส่วนประกอบภายในที่น้อยกว่า (Low Component Count) ซึ่งทางเทคนิคบางครั้งอาจถูกมองว่ามี จุดที่อาจเกิดความล้มเหลวน้อยกว่า เมื่อเทียบกับระบบโมดูลที่ซับซ้อน
• เป็นทางเลือกที่คุ้มค่าและมีประสิทธิภาพสำหรับองค์กรหรือสถานที่ที่มีการคาดการณ์ความต้องการกำลังไฟที่ คงที่และไม่น่าจะเปลี่ยนแปลงมากนัก ในระยะยาว
• สามารถจัดการกับโหลดไฟฟ้าขนาดใหญ่ (Higher Power Handling) ได้ดีและได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย เช่น โรงงาน, อาคารขนาดใหญ่, และโรงพยาบาล (ขึ้นอยู่กับรุ่นและสเปค)

UPS Modular คืออะไร?

เครื่อง UPS Modular คือ เทคโนโลยีที่พัฒนาการออกแบบให้ UPS เป็นลักษณะแยกส่วน (Modular Design) เป็นการออกแบบ UPS แบบแบ่งออกเป็นส่วนๆ และนำแต่ละส่วนประกอบแต่ละส่วนมาประกอบรวมกันภายใต้โครงสร้าง (Frame) เดียวกัน UPS Modular จะมีความยืดหยุ่นสูง รองรับการขยายขนาด (Scalability) ได้แบบโมดูลาร์ ซึ่งหมายถึงสามารถเพิ่มหรือลดกำลังสำรองไฟได้ตามต้องการ ระบบมีการออกแบบให้มีความซ้ำซ้อน (Redundancy) หากโมดูลใดโมดูลหนึ่งล้มเหลว โมดูลที่เหลือก็จะยังคงทำงานต่อไปได้ ทำให้มีความน่าเชื่อถือในระบบสูง และ การบำรุงรักษาที่ง่าย (Ease of Maintenance) สามารถเปลี่ยนโมดูลที่เสียได้ทันทีโดยไม่ต้องปิดระบบทั้งหมด (Hot-swappable) ช่วยลดการหยึดการทำงาน (Downtime) ของโหลดที่ต่ออยู่

โครงสร้างของเครื่องสำรองไฟฟ้า UPS Modular

ระบบนี้จะถูกประกอบด้วย “โมดูล” ขนาดเล็กหลายชุด เช่น Power Module, Control Module, Bypass Module ที่สามารถถอดเปลี่ยนหรือเพิ่มได้ขณะระบบยังทำงานอยู่ (Hot-Swap) ตัวอย่างเช่น UPS Modular ขนาด 200 kVA อาจประกอบด้วย Power Module 4 ชุด กำลังไฟฟ้าชุดละ 50 kVA หากต้องการเพิ่มความจุเป็น 300 kVA ก็เพียงเพิ่ม Power Module ขนาด 50kVA เข้าไปอีก 2 ชุด โดยไม่จำเป็นต้องรื้อถอน UPS เพื่อติดตั้งเครื่องใหม่

จุดเด่นของเครื่องสำรองไฟ UPS Modular

• มีความยืดหยุ่นสูง (Scalable) ขยายกำลังไฟได้ตามการเติบโตของ Data Center
• Redundant Design (N+1 / N+2) รองรับการทำงานซ้ำซ้อน เพิ่มความมั่นคงของระบบ
• Hot-Swappable ถอดเปลี่ยนโมดูลได้โดยไม่ต้องหยุดการทำงานของระบบ
• ลด Downtime และ Maintenance ง่ายกว่า UPS แบบ Standalone
• ประหยัดพลังงานกว่า เพราะสามารถปรับค่าให้ Power module จ่ายกำลังไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

แนวทางการเลือก UPS สำหรับห้องดาต้าเซ็นเตอร์ 

การเลือกเครื่องสำรองไฟ UPS สำหรับห้องดาต้าเซ็นเตอร์เป็นสิ่งสำคัญที่ไม่ควรมองข้าม เนื่องจากระบบ UPS คือ หัวใจที่ช่วยให้เซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์สำคัญทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นปัจจัยหลักในการรักษาความน่าเชื่อถือ (Reliability) และความพร้อมของธุรกิจ

นี่คือแนวทางและปัจจัยสำคัญในการเลือก UPS สำหรับห้องดาต้าเซ็นเตอร์ โดยพิจารณาจากเทคโนโลยีของ UPS Monolithic กับ Modular UPS 

1. กำหนดความต้องการพื้นฐาน (Core Requirements)

1.1 กำลังไฟฟ้าที่ต้องการ (Power Capacity)

• คำนวณโหลดปัจจุบัน รวมกำลังไฟฟ้าที่ใช้ทั้งหมดของอุปกรณ์ (Critical Load) เช่น เซิร์ฟเวอร์, อุปกรณ์เครือข่าย และระบบจัดเก็บข้อมูล (Storage) หน่วยเป็น kVA หรือ kW
• เผื่อการเติบโตในอนาคต (Future Growth)  ควรเผื่อกำลังไฟไว้สำหรับการขยายตัวในอนาคตอย่างน้อย 20-30% เนื่องจาก Data Center มักจะมีการเพิ่มอุปกรณ์หรือมีการปรับเปลี่ยนในเทคโนโลยีอยู่เสมอ

1.2 ระดับความซ้ำซ้อน (Redundancy Level) 

ระบบไฟฟ้าใน Data center นั้นจะมีการสร้างระบบซ้ำซ้อน  เพื่อให้มั่นใจว่าหากอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งเกิดขัดข้อง ระบบจะยังสามารถทำงานต่อไปได้ทันที ซึ่งจะสามารถแยกรูปแบบตามมาตรฐานการออกแบบสำหรับ Data Center ได้ดังนี้

• ระบบ N คือการออกแบบให้จำนวนของ UPS มีกำลังไฟฟ้ารวมพอดีกับความต้องการของโหลด ถ้ามี UPS 1 ชุด รองรับโหลดได้ 100% และไม่มีตัวสำรองในระบบ หาก UPS ขัดข้อง จะกระทบกับระบบทันที

• ระบบ N+1 คือการออกแบบให้จำนวนของ UPS มีกำลังไฟฟ้าพอดีกับความต้องการของโหลดและมี UPS สำรองเพิ่มอีก 1 ชุด (อย่างน้อย) เช่น ออกแบบให้มี UPS 3 ชุด โดย UPS 2 ชุดจะต้องสามามารถรองรับการจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับโหลดได้ 100% และที่เหลืออีก 1 ชุด เป็นชุดสำรอง หากมีตัวหนึ่งขัดข้อง ระบบจะต้องสามารถทำงานได้ปกติ (เป็นมาตรฐานขั้นต่ำสำหรับ Data Center ส่วนใหญ่) ข้อดีคือ ประหยัดกว่าระบบ 2N ส่วนข้อเสียคือ ยังมีความเสี่ยงถ้าอุปกรณ์หลายตัวเสียพร้อมกัน
• ระบบ 2N (N+N) มีระบบ UPS 2 ระบบที่แยกจากกันโดยสมบูรณ์ มีระบบจ่ายไฟ (Power Path) 2 เส้นทาง ทำงานอิสระต่อกัน เป็นระบบความซ้ำซ้อนเต็มรูปแบบ (Full Redundancy) แต่ละระบบจะต้องสามารถรองรับโหลด 100%  หากมี ระบบใดใดขัดข้องหรือหยุดทำงาน อีกระบบจะสามารถรองรับการทำงานได้อย่างต่อเนื่องทันที (Fault Tolerance) เหมาะกับ Data Center ที่ต้องการเสถียรภาพสูงสุด