次世代データセンターにおいて、電源品質（PQ）はなぜ重要なのか？
電源品質とは何か ?
電源品質（PQ）とは、データセンター内の電力がどれほどクリーンで安定しているかを、理想的な電圧および周波数の条件を基準として測定したものです。
主な電源品質指標には、電圧安定性、高調波、フリッカー、急激な電圧変動、電圧低下、電圧上昇、および停電が含まれます。
なぜデータセンターにおいてPQの重要性が高まっているのでしょうか？
急速な容量拡大：クラウドサービス、5Gの普及、AIの導入を背景に、アジア太平洋地域のデータセンター容量は2024年から2028年にかけて年平均成長率（CAGR）21％で拡大すると予測されています。
出典： Powering possibility: Closing the clean energy for asia pacific data centers
電力供給の確保：アジア太平洋地域のデータセンター容量が拡大する中、信頼性の高い電力へのアクセスが重要な課題となりつつある。AIやその他の計算負荷の高いワークロードによる高い電力需要により、事業者らは、安定した大容量の電力供給があり、停電や供給中断のリスクが最小限に抑えられた立地を優先するようになっている。
出典： Powering possibility: Closing the clean energy for asia pacific data centers
電源品質が重要視：十分な電力が確保できている場合でも、その品質は極めて重要となります。電圧変動、高調波、および瞬間的な停電は、AIや高性能ワークロードに支障をきたす可能性があります。実際、電力関連の問題はデータセンターの予期せぬ停止の主な原因となっており、機器を保護し、ダウンタイムを防ぎ、信頼性の高い運用を確保するためには、クリーンで安定した電力が不可欠であることが浮き彫りになっています。
出典：
How Power Quality Intelligence Can Drive Data Center Sustainability Efforts | Data Center Frontier
Annual outage analysis 2025 | Uptime Intelligence
電源品質の低下＝設備の無駄＋運用コストの増加
データセンターにおけるPQの低下のデメリットは？
- コストを増大させるダウンタイムとデータ損失：電源品質の問題は、データセンターの停止の大部分の原因となっており、データの破損やハードウェアの故障につながり、業務の中断やコストの発生を招く可能性があります。
- 信頼性の低いサービスと顧客からの信頼低下がもたらすビジネスおよび評判への影響：電力品質の悪さによる予期せぬ停止やパフォーマンスの問題は、サービスの信頼性を損ない、データセンタープロバイダーに対する顧客の信頼を損なう可能性があります。
- エネルギー効率の低下、PUEの上昇、CO₂排出量の増加：高調波や電圧歪みはエネルギー損失と発熱を増大させ、その結果、効率が低下し、業界の主要な効率指標であるPUEが上昇し、それに伴う環境への影響が生じる可能性があります。
- 機器およびインフラの劣化：電力品質の低下は、IT機器（サーバー、ストレージ、冷却システム）と電気インフラ（変圧器、ケーブル、開閉装置）の両方に電気的および熱的なストレスを与え、故障や寿命の短縮につながります。
出典：
Costly Downtime & Reputational Damage: Annual outage analysis 2023: The causes and impacts of IT and data center outages
Equipment Failure: Behind some of the biggest data center challenges | Flex
力率改善（PFC）は、
どのようにして高調波を低減し、電源品質を向上させるのか？
力率改善 (PFC) とは ?
- 力率（PF）は、電源の利用効率を示す指標です。
- 力率＝有効電力÷皮相電力
- 力率が1（100%）であれば、電源から供給される電力はすべて有効に利用されていることを意味します。
- 力率改善とは、力率（PF）を向上させるプロセスであり、これにより供給された電力のより多くの部分が実際に効率的に利用され、無効電力として「浪費」される電力が減少し、システム全体の電源品質が向上します。
従来のPFCに対するアプローチ
- 内蔵型高調波フィルタ
- デバイスレベルに統合
- 発生源での高調波を低減
- 受動型PFC設計に基づく
- 全体的な力率の改善効果は限定的
- 外部高調波フィルタ
- 回路または配電レベルに設置
- 下流の複数の負荷によって発生する高調波を低減
- 一般的に受動型PFC設計に基づく
- 設置にかなりの物理的スペースを要する
- 配電レイアウトが複雑化する可能性がある
- シュナイダーエレクトリック社の最近の報告によると、HVACシステムにEC（電子整流）モータを採用しているデータセンターでは、高調波特性が非常に高く、最大負荷時の電流全高調波歪み率（THDi）が40%を超えていることが判明した。これは、パッシブPFC補正方式に起因している可能性が極めて高い。
出典： Power Quality eGuide for Data Centers | Schneider Electric
内蔵型アクティブPFC
- 当社製ECファンに内蔵されたアクティブPFC
- ファンの電子回路に直接統合
- 電流を電圧に合わせることで電力品質を向上させ、電源における高調波を低減し、無効電力消費を最小限に抑えます
- アクティブPFCに基づき、動作範囲全体で連続的な補正が可能
- 力率1.0に近い値と低いTHDI（通常5%以下）を実現
- 追加の外部高調波フィルタや大型電源部品が不要となり、設置が簡素化
- 電流消費がクリーンになるため、より小型でコスト効率の高い電源インフラ（変圧器、ケーブルなど）を実現
導入事例
内蔵型アクティブPFCにより、省エネと省スペースを実現
アクティブPFC搭載ファンを採用することで
データセンターを設計する際、当社の3相アクティブPFCファンは、業界標準のソリューションと比較して、電源品質と力率において明確なメリットをもたらします。
標準的なファンは、より高い電圧高調波および電流高調波（THDUおよびTHD(I)）を発生させるため、許容される電源品質の限界内に収めるために、過大サイズの変圧器や非常用発電機が必要となる場合が多くあります。これに対し、3相アクティブPFCファンは高調波歪みを大幅に低減し、力率を改善するため、より効率的な電気システム設計が可能になります。
その結果、データセンターの運営者は、電源品質の基準を満たしつつ、変圧器や発電機の小型化を図ることができ、システム全体のコスト削減と効率化という大きなメリットが得られます。