L'ingegnere

Luca Martini, Ingegnere di sistema, Analog Devices

Nel 21° secolo, i governi mondiali stanno lavorando a piani d’azione per affrontare sfide complesse e a lungo termine nella riduzione delle emissioni di CO2. È stato dimostrato che le emissioni di CO2 sono responsabili degli effetti devastanti del cambiamento climatico e le esigenze di nuove tecnologie efficienti di conversione dell’energia e di una migliore chimica delle batterie sono in rapida crescita.

Includendo sia le fonti energetiche rinnovabili che quelle non rinnovabili, solo lo scorso anno la popolazione mondiale ha consumato quasi 18 trilioni di kWh e la domanda continua a crescere; infatti più della metà dell’energia mai generata è stata consumata negli ultimi 15 anni.

Le nostre reti elettriche e i nostri generatori di energia sono in continua espansione; la necessità di un’energia più efficiente e rispettosa dell’ambiente non è mai stata così grande. Poiché era più facile da usare, i primi sviluppatori di reti lavorarono con la corrente alternata (AC) per fornire energia al mondo, ma in molte aree, la corrente continua (DC) può migliorare notevolmente l’efficienza.

Spinte dallo sviluppo di una tecnologia di conversione di potenza efficiente ed economica basata su semiconduttori ad ampio gap di banda, come i dispositivi GaN e SiC, molte applicazioni vedono ora vantaggi nel passaggio allo scambio di energia in corrente continua. Di conseguenza, la misurazione precisa dell’energia CC sta diventando rilevante, soprattutto quando è coinvolta la fatturazione energetica. In questo articolo verranno discusse le opportunità per la misurazione della corrente continua nelle stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, nella generazione di energia rinnovabile, nelle server farm, nelle microreti e nella condivisione di energia peer-to-peer e verrà proposto un progetto di contatore di energia continua.

Il tasso di crescita dei veicoli elettrici plug-in (EV) è stimato al +70% CAGR a partire dal 20181 e si prevede che cresca del +25% CAGR anno su anno dal 2017 al 2024.2 Il mercato delle stazioni di ricarica seguirà con un CAGR del 41,8% dal 2018 al 2024. 2023.3 Tuttavia, per accelerare la riduzione delle emissioni di CO2 causate dai trasporti privati, i veicoli elettrici devono diventare la prima scelta per il mercato automobilistico.

Negli ultimi anni sono stati fatti grandi sforzi per migliorare la capacità e la durata delle batterie, ma una rete di ricarica capillare degli EV è anche una condizione fondamentale per consentire lunghi viaggi senza preoccupazioni sull’autonomia o sui tempi di ricarica. Molti fornitori di energia e aziende private stanno implementando caricabatterie veloci fino a 150 kW, e c’è un forte interesse per caricabatterie ultraveloci con potenza fino a 500 kW per pila di ricarica. Considerando le stazioni di ricarica ultraveloci con potenza di picco di ricarica localizzata fino a megawatt e le relative tariffe di ricarica rapida per l’energia, la ricarica dei veicoli elettrici diventerà un enorme mercato di scambio energetico, con la conseguente necessità di una fatturazione energetica accurata.

Attualmente, i caricabatterie standard per veicoli elettrici vengono misurati sul lato CA con lo svantaggio di non misurare l’energia persa nella conversione CA-CC e, di conseguenza, la fatturazione è imprecisa per il cliente finale. Dal 2019, le nuove normative UE obbligano i fornitori di energia a fatturare al cliente solo l’energia trasferita al veicolo elettrico, facendo sì che le perdite di conversione e distribuzione dell’energia siano a carico del fornitore di energia.

Sebbene i convertitori EV SiC all'avanguardia possano raggiungere un'efficienza superiore al 97%, esiste una chiara necessità di consentire una fatturazione accurata sul lato CC per caricabatterie veloci e ultraveloci, dove l'energia viene trasferita in CC quando collegato direttamente alla batteria di il veicolo. Oltre agli interessi pubblici di misurazione della ricarica dei veicoli elettrici, gli schemi di ricarica privati ​​e residenziali peer-to-peer dei veicoli elettrici potrebbero avere ancora più incentivi per una fatturazione energetica precisa sul lato CC.

Figura 1. Misurazione dell'energia CC nella stazione di rifornimento per veicoli elettrici del futuro.

Figura 2. Misurazione dell’energia DC in un’infrastruttura microgrid sostenibile.

Cos'è una microrete? In sostanza, una microrete è una versione più piccola di un sistema elettrico di pubblica utilità. Pertanto è necessaria un’energia sicura, affidabile ed efficiente. Esempi di microreti si possono trovare negli ospedali, nelle basi militari e persino come parte dei sistemi di servizi pubblici in cui la generazione rinnovabile, i generatori di combustibile e lo stoccaggio di energia lavorano insieme per creare un sistema di distribuzione dell’energia affidabile.