Smartes Energiemanagement ist ein Schlüsselelement beim Aufbau einer zuverlässigen Strominfrastruktur auf Basis volatiler Energiequellen wie Wind- und Solarenergie. Intelligente Netze benötigen bidirektionale Leistungswandler, um die Stromerzeugung und Stromspeicherung/-nutzung miteinander zu verknüpfen. Und somit für einen Ausgleich zu sorgen. Ferner bieten sie die Möglichkeit, die Synergien schnell wachsender Anwendungen, wie z.b. der Elektromobilität, zu nutzen.
Angetrieben von den globalen Anstrengungen zur Kohlendioxidreduktion und mit dem Ziel einer baldigen Klimaneutralität, nehmen die Bemühungen um alternative erneuerbare Energiequellen an Fahrt auf.
Aufgrund ihrer Skalierbarkeit und niedriger Investitionskosten gehört die Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie zu den vielversprechendsten Konzepten, um den Strombedarf der Zukunft auf nachhaltige Weise zu decken. Aber wie kann man ein Netz steuern, das zunehmend auf diesen volatilen Energiequellen und enormen Bedarfsspitzen basiert? Smartes Netzmanagement in Verbindung mit innovativen Energiespeichersystemen (ESS) ist ein Teil der Lösung. Zum Glück gibt es eine weitere schnell wachsende Anwendung. Diese kann helfen, die Herausforderung zu bewältigen. Elektromobilität als Ersatz für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.
Vehicle-to-Grid (V2G) und Vehicle-to-Building (V2B) werden die Netzstabilität erhöhen
Weltweit gibt es immer mehr Batterien mit hoher Kapazität, wodurch verschiedene zukunftsweisende Konzepte zur Nutzung dieser Stromquellen bei Bedarfsspitzen entstanden sind. Sie können als Teil einer Solar- oder Windenergiestrategie für private Eigenheime und gewerbliche Gebäude eingesetzt werden, um erneuerbare Energiequellen zum Laden von Elektrofahrzeugen (BEV) zu nutzen und diese Energie bei Stromausfall oder zur Abdeckung von Energieverbrauchsspitzen wieder zurückzuführen. Für den Einzelnutzer sind lokale Netzwerke attraktiv, weil sie die Möglichkeit bieten, sich von der Netzqualität und den Preisen unabhängig zu machen.
Anlagen in Wohngebieten, die über eine lokale Stromquelle und einen Energiespeicher verfügen, werden hauptsächlich zur Deckung des eigenen Strombedarfs genutzt. Bei Stromknappheit oder im Falle eines Energieüberschusses kann bei diesen Anlagen Strom aus dem Netz bezogen bzw. an dieses abgegeben werden. Das Laden von BEV bietet eine Möglichkeit, die benötigte Energie-Speicherkapazität des lokalen Systems zumindest zu reduzieren. Dieser V2B-Ansatz lässt sich noch ausweiten, wenn man den Energiebedarf auf nationaler Ebene betrachtet. Die Energienachfrage bei einem breitflächigen Wechsel zur erneuerbaren Energie kann mit Hilfe von V2G ausgeglichen und besser reguliert werden.
Schnelllade-Infrastruktur als Fundament der Elektromobilität
Viele Kunden sind allerdings beim Kauf eines batteriebetriebenen Fahrzeugs eher zögerlich. Hauptbedenken sind die begrenzte Reichweite, die Verfügbarkeit von Ladestationen und die Dauer des Ladeprozesses selbst.
Um den Ladevorgang komfortabler zu gestalten, so dass er etwa mit dem Betanken eines Fahrzeugs vergleichbar ist, ist es notwendig die Ladezeiten erheblich zu reduziert. Leistungsstarke BEV-DC-Ladegeräte stellen für öffentliche Ladestationen eine attraktive Option dar. Sie sorgen dafür, dass das Fahrzeug sehr viel schneller als mit der herkömmlichen AC-Wandsteckdose, die viele BEV-Besitzer zuhause haben, geladen werden kann. Ein 150-kW-DC-Ladegerät kann heute ein BEV mit einer Reichweite von 200 km in etwa 15 Minuten aufladen. Hochleistungs-Ladesäulen werden gewöhnlich aus Einzelmodulen von je 20 bis 50 kW gebaut. Hierdurch kann man die Wartung der Ladesäulen vereinfachen und die Robustheit des Systems verbessern.
Kluges Energiemanagement durch bidirektionale Leistungswandler
Um die V2G- und V2B-Systeme weiter zu verbessern, benötigen infrastrukturelle BEV-DC-Ladegeräte oder Energiespeichersysteme bidirektionale Leistungswandlersysteme. Nur mit effizienten bidirektionalen Leistungsstufen kann ein attraktiver Energieausgleich erzielt werden. Die kürzlich eingeführten Elektronikkomponenten, die große Bandlücken-Abstände nutzen, sind für ihre Vorteile bei der Konfiguration von Leistungswandlern bekannt. Die geringeren Leitungsverluste der Siliziumkarbid-Technologie und das verbesserte Schaltverhalten sind für einen effizienten und schnellen Energieaustausch von ausschlaggebender Bedeutung.
Das breite Produktportfolio von Infineon bietet viele attraktive Möglichkeiten für die Gestaltung bidirektionaler Leistungswandler: von Netzschaltern, Gate-Treibern und Mikrocontrollern bis hin zu Sensoren und Sicherheitslösungen.
Zudem werden die Kunden durch eine wachsende Zahl von Referenzschaltungen bei der Reduzierung ihrer eigenen Entwicklungszeiten und -bemühungen unterstützt. Ein bidirektionaler DCDC-Leistungswandler ist das erste Beispiel: Der REF-DAB11KIZSICSYS kann bis zu 11 kW bei 550 V bis 800 V Ausgangsspannung liefern. Die Schaltung lässt sich wiederverwenden, um den Bau von Prototypen für neue Projekte mit BEV-Ladegeräten und ESS-Projekte zu beschleunigen. In naher Zukunft werden Referenzsysteme für 22 kW DC-Wandsteckdosen und 50 kW Module für Hochleistungsladegeräte folgen.
Fazit
Um erneuerbare Energien effizient zu nutzen, sollte ein intelligentes Netzmanagement Ressourcen wie BEV-Batterien für ein besseres Power Management einsetzen. Das ist nur machbar mit bidirektionalen Leistungswandlern in Fahrzeugen und Infrastruktur. Infineon bietet alles aus einer Hand und wird Sie als Partner daher nicht nur mit erstklassigen Produkten aus seinem breiten Leistungsspektrum unterstützen, sondern Ihnen auch als zuverlässiger Berater für Ihren Systementwurf zur Seite stehen – um Ihr Leben einfacher, sicherer und grüner zu machen.
Erfahren Sie mehr über Infineon und bidirektionale Leistungswandler, die das Unternehmen bietet: www.infineon.com.