O engenheiro

Jun 17, 2023

Luca Martini, engenheiro de sistemas, dispositivos analógicos

No século XXI, os governos mundiais estão a trabalhar em planos de acção 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 alterações climáticas, e as necessidades de novas tecnologias eficientes de conversão de energia e de uma melhor química das baterias estão a crescer rapidamente.

Incluindo fontes de energia renováveis ​​e não renováveis, a população mundial consumiu quase 18 biliões de kWh só no ano passado e a procura continua a crescer; na verdade, mais de metade da energia alguma vez gerada foi consumida nos últimos 15 anos.

Nossas redes elétricas e geradores de energia estão em constante expansão; a necessidade de uma energia mais eficiente e amiga do ambiente nunca foi tão grande. Por ser mais fácil de usar, os primeiros desenvolvedores da rede 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 baseada em semicondutores de banda larga, como dispositivos GaN e SiC, muitas aplicações agora veem benefícios na mudança para a troca de energia CC. Como consequência disso, a medição precisa 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 peer-to-peer, e será proposto um projeto de medidor de energia CC.

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

Nos últimos anos, foram feitos grandes esforços para melhorar a capacidade e a vida útil das baterias, mas uma rede de carregamento de veículos elétricos generalizada é também uma condição fundamental para permitir viagens longas sem preocupações com a autonomia ou o tempo de carregamento. Muitos fornecedores de energia e empresas privadas estão a implementar carregadores rápidos até 150 kW e há um grande interesse em carregadores ultrarrápidos com potência até 500 kW por pilha de carregamento. Considerando estações de carregamento ultrarrápidas com potência de pico de carregamento localizada até megawatts e taxas premium de energia de carregamento rápido associadas, o carregamento de veículos elétricos tornar-se-á um enorme mercado de troca de energia, com a consequente necessidade de uma faturação de energia precisa.

Atualmente, os carregadores EV padrão são medidos no lado CA, com a desvantagem de não haver medição da energia perdida na conversão CA para CC e, consequentemente, a faturação é imprecisa para o cliente final. Desde 2019, novos regulamentos da UE obrigam os fornecedores de energia a facturar ao cliente apenas a energia transferida para o VE, fazendo com que as perdas de conversão e distribuição de energia sejam suportadas pelo fornecedor de energia.

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

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

Figura 2. Medição de energia CC 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, em bases militares e até mesmo como parte de sistemas de serviços públicos onde a geração renovável, os geradores de combustível e o armazenamento de energia trabalham em conjunto para criar um sistema de distribuição de energia fiável.