O engenheiro

Luca Martini, Engenheiro de Sistemas, Dispositivos Analógicos

No século 21, os governos mundiais estão trabalhando em planos de ação para enfrentar desafios complexos e de longo prazo na redução das emissões de CO2. As emissões de CO2 foram comprovadamente responsáveis ​​pelos efeitos devastadores das mudanças climáticas, e as necessidades de uma nova tecnologia de conversão de energia eficiente e química de bateria aprimorada estão crescendo rapidamente.

Incluindo fontes de energia renováveis ​​e não renováveis, a população mundial consumiu quase 18 trilhões de kWh somente no ano passado e a demanda continua crescendo; na verdade, mais da metade da energia já gerada foi consumida nos últimos 15 anos.

Nossas redes elétricas e geradores de energia estão em constante expansão; a necessidade de energia mais eficiente e ecológica nunca foi tão grande. Por ser mais fácil de usar, os primeiros desenvolvedores de redes trabalharam com corrente alternada (CA) para fornecer energia ao mundo, mas em muitas áreas, a corrente contínua (CC) pode melhorar drasticamente a eficiência.

Impulsionadas pelo desenvolvimento de tecnologia de conversão de energia eficiente e econômica com base em semicondutores de intervalo de banda larga, como dispositivos GaN e SiC, muitas aplicações agora veem benefícios na mudança para troca de energia CC. Como consequência disso, a medição de precisão de energia CC está se tornando relevante, especialmente quando o faturamento de energia está envolvido. Neste artigo, serão discutidas oportunidades para medição CC em estações de carregamento de veículos elétricos, geração de energia renovável, fazendas de servidores, microrredes e compartilhamento de energia ponto a ponto, e um projeto de medidor de energia CC será proposto.

A taxa de crescimento de veículos elétricos plug-in (EVs) é estimada em +70% CAGR em 20181 e projetada para crescer +25% CAGR ano a ano de 2017 a 2024.2 O mercado de estações de carregamento seguirá em 41,8% CAGR de 2018 a 2023.3 No entanto, para acelerar a redução da pegada de CO2 causada pelo transporte privado, os VEs precisam se tornar a primeira escolha para o mercado automotivo.

Nos últimos anos, um grande esforço foi feito para melhorar a capacidade e a vida útil das baterias, mas uma ampla rede de carregamento de VEs também é uma condição fundamental para permitir viagens longas sem preocupações com o alcance ou o tempo de carregamento. Muitos fornecedores de energia e empresas privadas estão implantando carregadores rápidos de até 150kW, e há um grande interesse em carregadores ultrarrápidos com potência de até 500kW por pilha de carregamento. Considerando estações de carregamento ultrarrápido com potência de pico de carregamento localizada de até megawatts e taxas premium de energia de carregamento rápido associadas, o carregamento de VE se tornará um enorme mercado de troca de energia, com a consequente necessidade de cobrança de energia precisa.

Atualmente, os carregadores EV padrão são medidos no lado CA com a desvantagem de não medir a energia perdida na conversão CA para CC e, consequentemente, o faturamento é impreciso para o cliente final. Desde 2019, novos regulamentos da UE obrigam os fornecedores de energia a faturar ao cliente apenas a energia transferida para o VE, tornando as perdas de conversão e distribuição de energia suportadas pelo fornecedor de energia.

Embora os conversores SiC EV de última geração possam atingir eficiência acima de 97%, há uma clara necessidade de permitir uma cobrança precisa no lado CC para carregadores rápidos e ultrarrápidos, onde a energia é transferida em CC quando diretamente conectada à bateria do o veículo. Além dos interesses de medição de cobrança de VE públicos, os esquemas de cobrança de VE ponto a ponto privados e residenciais podem ter ainda mais incentivos para cobrança precisa de energia no lado CC.

Figura 1. Medição de energia DC no posto de combustível EV do futuro.

Figura 2. Medição de energia DC em uma infraestrutura de microrrede sustentável.

O que é uma microrrede? Em essência, uma microrrede é uma versão menor de um sistema de energia elétrica. Como tal, é necessária energia segura, confiável e eficiente. Exemplos de microrredes podem ser encontrados em hospitais, bases militares e até mesmo como parte dos sistemas de serviços públicos onde geração renovável, geradores de combustível e armazenamento de energia estão trabalhando juntos para criar um sistema confiável de distribuição de energia.