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Autore: Harald Parzhuber
Grazie ai semiconduttori, Harald Parzhuber può vivere in modo più sostenibile.
I 36 pannelli solari sul tetto, l’inverter fotovoltaico che converte l’energia del sole in elettricità che va poi ad alimentare la sua casa, la batteria che immagazzina l’elettricità, il caricabatterie per il veicolo elettrico montato sulla parete del suo garage e il suo veicolo elettrico ibrido si basano tutti sull’innovativa tecnologia dei semiconduttori.
«Per andare verso un futuro in cui utilizzeremo meno fonti energetiche non rinnovabili dobbiamo aumentare l’elettrificazione», ha detto Harald, a capo di un team della nostra azienda incaricato di progettare sistemi di conversione dell’energia ad alta tensione che vengono utilizzati per la generazione di energia solare e per l’immagazzinamento dell’energia. «I semiconduttori stanno trasformando il modo in cui produciamo, immagazziniamo e consumiamo l’energia».
Al centro del sistema a energia rinnovabile della casa di Harald nei pressi di Monaco di Baviera, nonché al centro di milioni di altre strutture e sistemi simili a livello di rete che consentono a un numero sempre maggiore di intere comunità, fabbriche e altro ancora di iniziare a produrre e consumare l’energia in modo sostenibile, si trovano tecnologie della nostra azienda in grado di aiutare i progettisti a sviluppare sistemi di minori dimensioni, più efficienti e più accessibili a livello economico:
Conversione di potenza: i nostri microcontroller C2000™ in tempo reale consentono un’efficiente conversione della potenza per le topologie di potenza complesse, tipiche dei sistemi ad alta tensione, come i dispositivi ad ampio bandgap quali i FET al nitruro di gallio o al carburo di silicio.
«La nostra tecnologia permette di spostare i dati molto rapidamente e con bassissima latenza», ha spiegato Matt Watson, che gestisce la business unit C2000 della nostra azienda. «Una catena di segnale a bassa latenza è fondamentale per mantenere la maggior quantità di energia possibile nel trasferimento di potenza in modo da ridurre le perdite termiche e rientrare negli spazi più piccoli possibile. In questo modo, gli ingegneri progettisti possono abbattere nuove barriere in termini di efficienza energetica, densità di potenza e costi, rendendo l’efficienza energetica sempre più accessibile a sempre più persone. Questo aspetto è particolarmente rilevante, ad esempio, nei sistemi di immagazzinamento dell’energia, dove efficienza energetica e dimensioni sono criteri fondamentali per l’adozione di queste tecnologie».
Rilevamento di corrente e tensione: la gestione dell’energia in tempo reale è fondamentale per ottenere le migliori prestazioni dalle applicazioni e contribuire a migliorare la stabilità e le prestazioni della rete. Le nostre tecnologie di rilevamento preciso di corrente e tensione consentono un’accurata misurazione e aumentano la sicurezza tramite la gestione del rilevamento di sovratensioni, sovracorrenti e guasti verso terra.
«L’energia sta diventando sempre più scarsa e costosa», ha detto Henrik Mannesson, Direttore Generale per Ingegneria dei sistemi di infrastruttura di rete della nostra azienda. «Molte persone desiderano misurare e capire quanta energia stanno utilizzando e quanto costa. La tecnologia di rilevamento di corrente e tensione, inoltre, permette ai residenti di calcolare la potenza in modo da poter decidere come utilizzare energia generata dal loro impianto fotovoltaico. Ogni casa dotata di pannelli o accumuli fotovoltaici può consumare energia solare per una parte del giorno, produrre energia e immagazzinarla, oppure venderla immettendola in rete. È necessario avere informazioni per gestire ciascuna di queste opzioni, e tali informazioni provengono dalla capacità di misurare la tensione e la corrente. I semiconduttori entrano in gioco proprio nel punto di misurazione».
Elaborazione edge e comunicazione: le applicazioni devono connettersi alla rete e alle persone attraverso interfacce di facile utilizzo per consentire di realizzare tecnologie come il vehicle-to-grid o il plug&charge. I nostri processori ad alte prestazioni permettono il calcolo in locale nel mondo reale per un’elaborazione più veloce e più sicura. Abbinando questi processori ai nostri prodotti per la connettività e al nostro software di facile implementazione, i progettisti possono realizzare una comunicazione più affidabile, senza soluzione di continuità, fra sistemi come un micro inverter e tra il sistema energetico di un’abitazione e l’utente.
«La scelta di rivendere e immettere energia in rete o immagazzinarla in una batteria dipenderà probabilmente dal prezzo dell’energia in un dato momento», ha detto Henrik. «Ad esempio potrei decidere di vendere l’energia quando il prezzo è più alto e immagazzinarla quando il prezzo è più basso. Un contatore intelligente o un sistema energetico domestico possono tenere traccia dei prezzi e prendere decisioni intelligenti su come utilizzerò il sistema».
Gestione della batteria: le prestazioni della rete possono essere ottimizzate raccogliendo e immagazzinando l’energia, per poi rimetterla in rete durante i momenti di picco. Le nostre soluzioni di monitoraggio e immagazzinamento dell’energia a batterie, ai massimi livelli nel settore, si rivolgono a esigenze energetiche elevate e permettono di accedere all’energia quando è più necessaria.
«Un futuro sostenibile si basa in parte sull’elettrificazione delle nostre abitazioni e a livello di infrastruttura di rete», ha spiegato Henrik. «I prodotti di elaborazione analogici e integrati nelle moderne applicazioni per energie rinnovabili si stanno evolvendo per permettere di realizzare sistemi fotovoltaici, di immagazzinamento dell’energia e di ricarica dei veicoli elettrici più intelligenti, affidabili e accessibili economicamente».
La produzione di elettricità in modo rinnovabile
In gran parte del mondo, al giorno d’oggi la produzione di elettricità è ancora un processo elettromeccanico. Combustibili come carbone, gas naturale o energia nucleare sono utilizzati per far girare una turbina con la spinta di un fluido (acqua, vapore, aria o gas di combustione). L’albero della turbina è collegato a un generatore. Il generatore produce energia meccanica che viene distribuita sotto forma di corrente alternata attraverso reti di linee elettriche, fino alle abitazioni e alle aziende. Per accendere le luci, basta poi far scattare un interruttore sul muro.
In un mondo di fonti energetiche rinnovabili, come l’energia solare, non vi sono generatori che producono potenza. Con l’energia solare, l’elettricità è prodotta quando la luce del sole viene assorbita dalle celle fotovoltaiche e libera miliardi di elettroni. Gli elettroni sono quindi governati per ottenere corrente continua e convertiti all’interno di un inverter fotovoltaico, dove i semiconduttori misurano la tensione e la corrente per gestire l’energia, decidere come usarla e convertire l’energia in corrente alternata. Questa energia può essere quindi utilizzata direttamente quando si fa scattare l’interruttore della luce, immagazzinata in batterie o restituita in rete per aiutare a gestire la domanda.
Verso l’elettrificazione
Per Harald, l’uso di energie rinnovabili è una questione di responsabilità personale.
«L’effetto parte dal singolo», ha detto. «Non dovremmo aspettare che escano disposizioni di legge sulla conservazione dell’energia».
Per questo motivo, quando Harald e sua moglie, Alexandra, hanno costruito la loro casa nel 2018, l’hanno progettata con predisposizione per i pannelli solari. Tre anni dopo hanno installato 36 pannelli sul tetto, un inverter fotovoltaico, una batteria per lo stoccaggio dell’energia del sole e un caricabatterie montato sulla parete del garage per alimentare il loro veicolo elettrico ibrido. Il risultato è che il loro utilizzo di elettricità dalla rete è crollato di due terzi; inoltre, l’elettricità che non prelevano dalla rete viene generata da fonti rinnovabili, come il vento e il sole.
Con i costi dell’energia in continua crescita, non è passato molto tempo prima che i vicini di casa di Harald iniziassero a chiedergli consigli sugli impianti fotovoltaici e su come poter ridurre il loro consumo di energia.
«La gente vuole essere più consapevole di come utilizza l’energia e della sua provenienza», ha spiegato. «Se tutti la pensassero così, l’impatto sarebbe molto più ampio. Dobbiamo passare all’elettrificazione il prima possibile, senza rimandare. La questione mi affascina molto.»
