Elektromobilität wird zu einem immer wichtigeren Bestandteil in unserem Leben. Sie ist untrennbar mit dem Aufbau von Smart-Grid-Lösungen verbunden, in die auch die Leistungselektronik für Ladeinfrastruktur eingebettet ist. Mit den Leistungsmodulen namens „Charx Power“ bietet Phoenix Contact eine jederzeit bedarfsgerechte Lösung für das Laden von Elektrofahrzeugen.
All Electric Society
Themen wie CO2-Reduktion und die Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte sind aktueller denn je. Diese sind eng verbunden mit der Vision der All Electric Society. Sie beschreibt eine Welt, in der regenerativ erzeugte elektrische Energie als primäre Hauptenergieform weltweit in ausreichendem Maße und vollständig wirtschaftlich zur Verfügung steht.
Grundlage dafür ist die umfassende Elektrifizierung, Vernetzung und Automatisierung aller Sektoren von Wirtschaft und Infrastrukturen – so auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge und eine intelligente Ladeinfrastruktur.
Mehr Energie für den Ladevorgang
Mit dem Zuwachs an Elektrofahrzeugen werden die Anforderungen an bereitzustellende Energie für den Ladevorgang höher. Der Mobilitäts- und der Energiesektor müssen dabei intelligent miteinander gekoppelt werden, um eine saubere und bedarfsgerechte Erzeugung, Speicherung und Verteilung der Energie zu ermöglichen.
Es gilt zu berücksichtigen, dass es sowohl Zeiten mit höherer Anforderung an die Bereitstellung von Energie als auch Ruhephasen geben wird, je nach Tageszeit und Wochentag. Die zunehmende Elektromobilität bedingt grundsätzlich einen Mehrbedarf. In diesem Kontext sind sowohl die Energieerzeugung als auch die intelligente Energieverteilung zu betrachten.
Foto: Phoenix Contact
Ringtopologie in der Mittelspannung
Schaut man sich die Energieverteilungsnetze in Deutschland an, so haben wir heute im Mittelspannungsbereich eine typische Ringtopologie, geprägt durch „Ring Main Units“, die mit weiteren Schaltanlagen verbunden sind. Speziell in der Niederspannungs- und auch in der Mittelspannungsverteilung stoßen wir heute bereits mit der aktuellen technischen Ausrüstung an unsere Grenzen. Aus diesem Grund ist es auch sehr wichtig, dass die Elektromobilität und die damit verbundenen Ladevorgänge bei den weiter auszubauenden intelligenten Energienetzen berücksichtigt werden.
Über geeignete Mittel wie zum Beispiel das Monitoring der bereitgestellten Leistung oder den Einsatz von Ladezeitprogrammen, die das Verhältnis zur Verfügung stehender und benötigter Leistung abbilden, muss sichergestellt werden, dass die benötigte Leistung zu jeder Zeit zur Verfügung gestellt werden kann.
Foto: Phoenix Contact
Einbindung in vorhandene Energienetze
Noch komplexer werden die Anforderungen an Energieverteilungsnetze, wenn regenerative Energiequellen eingebunden werden. Dazu gehören eine wachsende Zahl von Solar- oder Windparks, die quellenbedingt – der Wind weht unterschiedlich stark, die Sonne scheint nicht immer – eine undeterminierbare Energiemenge beitragen.
Eine funktionierende Ladeinfrastruktur unter Einbindung aller erneuerbaren Energiequellen ist die Voraussetzung, dass der Markt für Elektrofahrzeuge sich weiterhin schnell entwickeln kann. Um sicherzustellen, dass die benötigte Energie wann immer notwendig angeboten werden kann, sind unterstützende Maßnahmen zum bestehenden Versorgungsnetz notwendig.
Beispiele sind das Aufstellen von Batteriecontainern, die überschüssige Energie speichern und zu jeder Zeit abrufbar zur Verfügung stellen. Weiterhin wird eine leistungsstarke Ladetechnik benötigt, mit der zu jedem Zeitpunkt die maximal mögliche Leistung für das Laden der Elektrofahrzeuge zur Verfügung gestellt wird.
Leistungsmodule für die Ladesäule
Die leistungsstarke Charx-Power-Lösung von Phoenix Contact beinhaltet sowohl einzelne Lademodule zum Einbau in die Ladesäule als auch ganze Systemschränke für die Versorgung von Ladeparks im Megawattbereich. Charx-Power-Leistungsmodule eignen sich ideal für den Aufbau von DC-Ladetechnik bis hin zum High Power Charging (HPC) von Elektrofahrzeugen. Sie sind in 19-Zoll-Technik aufgebaut und somit für den Einbau in Standard-19-Zoll-Schränke geeignet.
Die Leistungsvarianten, die kürzlich in den Markt eingeführt wurden, sind das 30-Kilowatt-AC/DC-Modul sowie ein 30-Kilowatt-DC/DC-Modul mit einer Ausgangsspannung von maximal 1.000 Volt DC. Diese Module zeichnen sich vor allem durch ihre innere galvanische Isolation aus, was einen zusätzlichen Transformator in vielen Fällen überflüssig macht.
Emissionsklasse B für urbane Umgebung
Des Weiteren zeichnen sich die Module dadurch aus, dass sie der Emissionsklasse B entsprechen und somit in urbaner Umgebung eingesetzt werden können. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, wenn man beabsichtigt, diese Module in Einkaufszentren oder privaten Haushalten einzusetzen. Zudem kann das 30-Kilowatt-AC/DC-Modul an einem herkömmlichen Drei-Phasen-Anschluss mit 380 Volt und 32 Ampere zum Einsatz kommen. Die Module sind kaskadierbar und lassen sich in einem 19-Zoll-Schaltschrank zu einer Ladelösung mit einer Leistung von bis zu 360 Kilowatt kombinieren. Die moderne, von Phoenix Contact entwickelte Anschlusstechnik ermöglicht eine schnelle und sichere Verdrahtung.
Foto: Phoenix Contact
Module kasakierbar bis 360 Kilowatt
Die Module sind mit Lüftern ausgestattet, sodass in den meisten Fällen keine zusätzlichen Lüfter oder Klimaanlagen installiert werden müssen. Alle von Phoenix Contact angebotenen Module verfügen über die gleiche Leistungskennlinie. Die Geräte halten die Ladeleistung während des Betriebes stets konstant.
Bereits seit 2020 bietet Phoenix Contact eine Ladelösung mit 87,5-Kilowatt-Modulen, die in einem speziell für diesen Typ entwickelten Schrank eingebaut werden. Diese Module haben einen Wirkungsgrad von mehr als 97 Prozent. Mit einer Ausgangsspannung von 920 Volt sind sie bestens für HPC-Ladevorgänge geeignet. Dieser hohe Wirkungsgrad wird unter anderem erreicht, indem innerhalb des Moduls auf eine verlustbehaftete galvanische Trennung verzichtet wird.
Dies hat aber zur Folge, dass aus Sicherheitsgründen eine galvanische Trennung mittels eines vorgeschalteten Transformators vorgesehen werden muss. Es kann sich hierbei um einen Mittelspannungstransformator handeln, wenn sich eine Mittelspannungs-Schaltanlage in der Nähe befindet.
Installation in umschlossener Umgebung
Zu beachten ist hier auch, dass dieser Schaltschrank mit den eingebauten Modulen nur in Schutzart IP 20 ausgeführt ist und somit in einer umschlossenen Umgebung installiert werden muss. Für den Fall, dass eine Transformatorstation neu aufgebaut werden muss, sollte eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt werden, um gegebenenfalls eine andere Lösung für die geplante Ladestation zu finden.
Auch die 87,5-Kilowatt-Module sind kaskadierbar. In dem zugehörigen Schaltschrank lassen sich vier Module mit einer Ladeleistung bis zu 350 Kilowatt aufbauen.
Bis drei Megawatt möglich
Maximal können bis zu 35 der 87,5-Kilowatt-Module parallel verschaltet und somit eine Ladeleistung von bis drei Megawatt ermöglicht werden. Leistungen dieser Größenordnung werden unter anderem dazu benötigt, um Energiespeicher im Megawattbereich zu laden.
Weiterhin ermöglichen die 87,5-Kilowatt-Module, bei Bedarf die Energie aus den Energiespeichern ins Netz zurückzuspeisen. Durch diese bidirektionale Eigenschaft ist neben der originären Ladefunktion auch die Möglichkeit gegeben, Spitzenlasten im Energienetz auszugleichen. Dieser Vorgang wird als Peakshaving bezeichnet.
Vielfältige Anwendungen
Die Anwendungsgebiete für die Charx-Power-Module sind vielfältig. In erster Linie kommen sie in Ladestationen für Elektrofahrzeuge zur Anwendung. Auch Applikationen in anderen Bereichen sind möglich, wie zum Beispiel das Laden von mobilen Batteriecontainern. Sie werden auf Baustellen benötigt werden oder aber im sich entwickelnden Markt der industriellen DC-Versorgung.
Foto: Phoenix Contact
Charx Power
Leistungsstarke Module für die Ladeinfrastruktur
Charx von Phoenix Contact umfasst ein umfangreiches Angebot für den Aufbau einer leistungsstarken Ladeinfrastruktur: Neben der hier vorgestellten DC-Leistungselektronik Charx Power bietet Phoenix Contact ein vollständiges Portfolio abgestimmter Komponenten für die Ladetechnik, vom CCS-Ladekabel bis zum Lademanagement. Darüber hinaus ist eine Unterstützung bei der Konzeption und Planung der Ladelösung möglich, von der AC-Wallbox bis zur HPC-Schnellladestation.
https://www.phoenixcontact.com/charx-power
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Foto: Phoenix Contact
