ΑρχικήΕιδήσειςΑναβάθμιση της υποδομής φόρτισης οχημάτων σε σταθμούς μέσης τάσης με κλάση megawatt

Αναβάθμιση της υποδομής φόρτισης οχημάτων σε σταθμούς μέσης τάσης με κλάση megawatt

Στο μέλλον, οι σταθμοί φόρτισης κατά μήκος των αυτοκινητόδρομων, στους χώρους στάθμευσης ή στα κέντρα logistics θα πρέπει να παρέχουν πολύ μεγαλύτερη ισχύ σε μικρότερο χρονικό διάστημα απ’ ό,τι συμβαίνει σήμερα.

Για τον λόγο αυτό, οι νέοι σταθμοί φόρτισης δεν μπορούν πλέον να συνδέονται απλά στο δίκτυο χαμηλής τάσης.

Στο πλαίσιο του έργου MS-Tankstelle, το Fraunhofer ISE και συνεργάτες από τη βιομηχανία ανέπτυξαν την τεχνολογία συστημάτων μέσης τάσης για σταθμούς γρήγορης φόρτισης, η οποία θα επιτρέπει την υποστήριξη αιχμών φορτίου πολλών megawatt στο μέλλον.

Η τεχνολογία αυτή, η οποία χρησιμοποιεί αποδοτικούς ημιαγωγούς από καρβίδιο του πυριτίου και υψηλότερες τάσεις, οδηγεί σε μικρότερη χρήση υλικών και χαμηλότερο κόστος για τους σταθμούς γρήγορης φόρτισης. Η έρευνα αυτή δημοσιεύθηκε στα πρακτικά του συνεδρίου 2024 Energy Conversion Congress & Expo Europe (ECCE Europe).

Ταυτόχρονα, το σύστημα είναι εξαιρετικά αποδοτικό και μπορεί να εφαρμοστεί με ευελιξία σε σταθμούς φόρτισης διαφορετικών μεγεθών και τύπων οχημάτων. Ένας επιδείκτης σημείου φόρτισης θα είναι διαθέσιμος στο περίπτερο του Fraunhofer Energy Alliance στην έκθεση E-World από τις 11 έως τις 13 Φεβρουαρίου στην Έσση, Γερμανία (χώρος 5, D 126).

Ανάγκη για γρήγορους σταθμούς φόρτισης

Με την αύξηση του αριθμού των ηλεκτρικών οχημάτων, αυξάνεται και η ανάγκη για σταθμούς γρήγορης φόρτισης που να εξυπηρετούν ταυτόχρονα πολλά οχήματα, όπως ακριβώς συμβαίνει σήμερα με τους παραδοσιακούς σταθμούς καυσίμων. Αυτή η ανάγκη είναι ιδιαίτερα σημαντική κατά μήκος των αυτοκινητοδρόμων, αλλά και σε αστικούς χώρους στάθμευσης και πάρκινγκ.

Η μέση ισχύς ενός συστήματος γρήγορης φόρτισης για αυτοκίνητα είναι 150 kW. Αυτή η τιμή φτάνει τα 350 kW για λεωφορεία, βαν και μικρά φορτηγά, ενώ στο μέλλον αναμένονται υψηλότερες χωρητικότητες φόρτισης. Δεδομένου ότι η φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων είναι πιο αργή από τη διαδικασία ανεφοδιασμού με καύσιμα, στο μέλλον θα απαιτούνται γύρω στις 15 έως 25 θέσεις φόρτισης αντί για τις 8 τυπικές αντλίες σε ένα παραδοσιακό πρατήριο καυσίμων.

Αθροιστικά, αυτές οι θέσεις φόρτισης θα απαιτούν περίπου 1,5 έως 3,5 megawatts ισχύος κατά τη διάρκεια γρήγορης φόρτισης, κάτι που σημαίνει ότι οι μελλοντικοί σταθμοί γρήγορης φόρτισης δεν θα μπορούν πλέον να τροφοδοτούνται μέσω του δικτύου χαμηλής τάσης. Ακόμη και αν ο σταθμός φόρτισης είναι υποχρησιμοποιημένος, η απαιτούμενη ισχύς θα ξεπερνά τα 300 kW.

Επιπλέον, η κατανομή της ισχύος εντός του σταθμού φόρτισης ή του χώρου στάθμευσης δεν πρέπει να γίνεται μέσω του δικτύου χαμηλής τάσης. Αυτό θα οδηγούσε σε υψηλά κόστη εγκατάστασης και μεγάλες απώλειες ενέργειας στα καλώδια λόγω των μεγάλων αποστάσεων καλωδίωσης, π.χ. 100 μέτρα ή και περισσότερο για 25 θέσεις στάθμευσης, σε συνδυασμό με την υψηλή ισχύ.

Τεχνολογία μέσης τάσης για αποδοτική φόρτιση

Το ηλεκτρονικό σύστημα ισχύος που αναπτύχθηκε στο έργο με τη συνεργασία των Sumida Components & Modules GmbH, Infineon Technologies AG και AEG Powersolutions GmbH βασίζεται σε δίκτυο μέσης τάσης που προσαρμόζεται στην τάση των 1.500 VDC μέσω ενός ανωδυνού μετατροπέα (rectifier). Το υψηλότερο επίπεδο τάσης επιτρέπει μεγαλύτερη απόδοση με την ίδια ένταση χωρίς να απαιτείται αύξηση του πάχους των καλωδίων.

Η σημαντικά χαμηλότερη κατανάλωση χαλκού που προκύπτει από αυτήν τη διαδικασία συμβάλλει σημαντικά στην προστασία του περιβάλλοντος και στη διατήρηση των πόρων. Η τιμή των 1.500 VDC επιλέχθηκε για αυτήν τη μονάδα, καθώς είναι το όριο του προτύπου χαμηλής τάσης. Πάνω από αυτή την τιμή, ισχύουν άλλα πρότυπα.

Μοναδική προσέγγιση για σταθμούς φόρτισης διαφορετικών μεγεθών

Ο ηλεκτρικά απομονωμένος μετατροπέας συνδέει το δίκτυο διανομής συνεχούς ρεύματος (DC) με την μπαταρία του οχήματος και ελέγχει τη διαδικασία γρήγορης φόρτισης. Οι μετατροπείς DC, με ισχύ 175 kW ο καθένας, σχεδιάζονται έτσι ώστε να μπορούν εύκολα να συνδεθούν παράλληλα στο σύστημα. Αυτή η αρθρωτή προσέγγιση καθιστά δυνατή την κατασκευή σταθμών φόρτισης με χαμηλότερης ισχύος θέσεις φόρτισης για αυτοκίνητα και υψηλότερης ισχύος θέσεις για φορτηγά.

Σε αντίθεση με τις οικιακές μονάδες φόρτισης, οι σταθμοί φόρτισης πρέπει να είναι πλήρως συμβατοί με διάφορους τύπους οχημάτων. Η έννοια ενός κεντρικού ανώδυνου μετατροπέα και ενός δικτύου διανομής DC 1.500 V, που αναπτύχθηκε στο έργο, έχει το πλεονέκτημα ότι τα εξαρτήματα σύνδεσης του δικτύου (μετασχηματιστής και ανώδυνος μετατροπέας) μπορούν να διαστασιολογούνται και να κλιμακώνονται πιο ανεξάρτητα από την ηλεκτρονική φόρτισης.

Λόγω της υψηλής ζήτησης για ηλεκτρονικά ισχύος και εξαρτήματα, όπως καλώδια και μετασχηματιστές, οι απαιτήσεις υλικών για αυτό το σύστημα είναι σημαντικά μειωμένες σε σχέση με άλλες τρέχουσες λύσεις.

Για μια απροβλημάτιστη διαδικασία φόρτισης, ο σταθμός φόρτισης πρέπει να είναι πλήρως συμβατός με τα πρότυπα CCS1 και CCS2, τα οποία είναι ευρέως διαδεδομένα στην Ευρώπη για ρεύματα οχημάτων έως 500 αμπέρ και τάσεις έως 1.000 βολτ. Επίσης, η έννοια υποστηρίζει το πρότυπο Megawatt Charging System (MCS). Ένα δεύτερο μονάδα μετατροπέα προγραμματίζεται για να καλύψει αυτήν τη δυνατότητα. Για αυτήν την παραλλαγή, μόνο λίγα εξαρτήματα χρειάζεται να προσαρμοστούν.

«Η τοπολογία που αναπτύξαμε σε αυτό το έργο βρίσκει εφαρμογές όχι μόνο σε σταθμούς φόρτισης, αλλά και για την ενσωμάτωσή της σε ανανεώσιμες υβριδικές μονάδες ενέργειας ή σταθερά συστήματα αποθήκευσης μπαταριών», εξηγεί ο Andreas Hensel, διευθυντής ομάδας Τεχνολογικών Συστημάτων στο Fraunhofer ISE.

Στέλιος Θεοδωρίδης
Στέλιος Θεοδωρίδης
Ο ήρωας μου είναι ο γάτος μου ο Τσάρλι και ακροάζομαι μόνο Psychedelic Trance
RELATED ARTICLES

Πρόσφατα άρθρα

Tηλέφωνα έκτακτης ανάγκης

Δίωξη Ηλεκτρονικού Εγκλήματος: 11188
Ελληνική Αστυνομία: 100
Χαμόγελο του Παιδιού: 210 3306140
Πυροσβεστική Υπηρεσία: 199
ΕΚΑΒ 166