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Die globale Erwärmung und die Endlichkeit fossiler Brennstoffe zwingen Länder zum Umdenken und damit zur Entwicklung umweltfreundlicher Energiesysteme. Smart Grids, die auf erneuerbaren Energien beruhen, gewinnen daher seit einigen Jahren zunehmend an Bedeutung und bereiten einer umweltfreundlichen Energieversorgung den Weg. Der Strom wird dabei aus unerschöpflichen natürlichen Ressourcen wie Wind und Sonne gewonnen, wobei beide im Laufe eines Tages mal mehr, mal weniger vertreten sind. Die daraus resultierenden Schwankungen im Energieertrag müssen dem Energiebedarf angepasst werden, der im Laufe des Tages ebenfalls variiert. Stromnetze verbinden eine hohe Anzahl verteilter Energiequellen. Neue Entwicklungen wie Leistungselektroniktransformatoren (Solid-State-Transformers), regelbare Ortsnetztransformatoren und stationäre Batterien können dabei helfen, eine stabile Energieversorgung sicherzustellen; Voraussetzung dafür ist aber, dass die Komponenten regelbar sind. Deshalb müssen moderne Energieversorgungssysteme „smart“ – also intelligent – sein. Intelligent heißt, dass die einzelnen Systemkomponenten für Stromerzeugung, Verbrauchssteuerung und Speicherung zu einem Kommunikationsnetzwerk gehören, das von einer zentralen Steuereinheit (SCADA-System) überwacht wird. Diese erfasst jede Veränderung im Gesamtsystem und reagiert entsprechend, indem sie Energieangebot und Verbrauch aufeinander einstellt. Im Wesentlichen sollen Smart Grids also dazu beitragen, die Effizienz von Energieversorgungssystemen zu erhöhen, Ressourcen einzusparen, Emissionen zu reduzieren und zu jeder Zeit eine ausreichende und zuverlässige Energieversorgung sicherzustellen.

Vehicle-to-Grid

Während der Markt für elektrische Antriebe kontinuierlich wächst, entwickeln sich Elektrofahrzeuge zu einem vielversprechenden Hilfsmittel für Energiesysteme mit erneuerbaren Energien, da durch sie die Schwankungen im Energieertrag zum Teil aufgefangen werden können. Die Onboard-Batterien von Elektrofahrzeugen sind als mobile Speichersysteme einsetzbar, die sich jederzeit mit dem Netz verbinden lassen, wenn zusätzlicher Strom benötigt wird oder überschüssiger Strom für die spätere Verwendung gespeichert werden muss – das sogenannte Vehicle-to-Grid (V2G)-Konzept.

Smart House und Vehicle-to-Home

Ein weiterer Begriff, der im Kontext zukünftiger Energiekonzepte häufig fällt, ist der des „Smart House“. Ähnlich wie „Smart Grid“ bezieht er sich auf ein Haus, das mit Komponenten für die Energieerzeugung, das Energiemanagement, die Verbrauchssteuerung und die Energiespeicherung ausgestattet ist. Die Energiesysteme von intelligenten Häusern sind zwar weiterhin mit dem Netz verbunden, können aber für eine bestimmte Zeit autonom agieren. Auch hier ist es möglich, Elektrofahrzeuge an das System anzuschließen, um bei Bedarf zusätzlichen Strom einzuspeisen („Vehicle-to-Home“, V2H).

dSPACE Support

dSPACE arbeitet proaktiv an Lösungen für Energiemanagementtechnologien, um die Entwicklung umweltfreundlicher Energiesysteme voranzutreiben. Egal ob Sie Regelalgorithmen für zentrale Steuereinheiten oder übergeordnete Überwachungs- und Steuerungssysteme (Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA) entwickeln, einsatzfertige Umgebungs-, Regler- oder Leistungselektronikmodelle benötigen oder Simulationen von Batterien, Stromnetzen oder Leistungselektronik durchführen wollen – dSPACE unterstützt Sie dabei, die optimale Lösung für Ihren Anwendungsfall zu finden.

Leistungsstarke innovative Energiespeichersysteme sind für ein umweltfreundliches Energiekonzept unerlässlich, da nur sie eine effiziente Nutzung der schwankenden regenerativen Energiequellen ermöglichen. Die effizienteste derzeit am Markt erhältliche Speicherlösung sind stationäre Batteriespeichersysteme. Diese Systeme kommen ohne eine Wandlung von kinetischer in elektrische Energie aus. Auch Brennstoffzellen haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, wobei ihr Primärzweck nach wie vor der Antrieb der Fahrzeuge ist, in denen sie installiert sind.

Die Batterien von Elektrofahrzeugen können auch als eine Art mobiler Speichersysteme genutzt werden. Unabhängig vom Einsatzort lassen sie sich jederzeit mit dem Energiesystem verbinden, um zusätzliche Energie bereitzustellen und so etwaige Schwankungen in Angebot und Nachfrage auszugleichen. Neueste Entwicklungen in diesem Bereich konzentrieren sich auf das sogenannte „intelligente Laden“ (Smart Charging): Dabei kommunizieren das Elektrofahrzeug und die Ladestation miteinander, um den Ladeprozess und die Ladezeiten zu optimieren.

CHAdeMO, ISO 15118 und GB/T 20234.2

Elektrofahrzeuge (Electric Vehicles, EV) einschließlich batterieelektrischer Fahrzeuge (Battery Electric Vehicles, BEV) und Plug-in-Hybridfahrzeugen (Plug-in-Hybrid Vehicles, PHEV) sowie Ladestationen und sonstige Anlagen außerhalb des Elektrofahrzeugs (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) werden von zahlreichen Herstellern bereitgestellt. Gleichzeitig weichen die Ladeinfrastrukturen je nach Region deutlich voneinander ab. Zum Beispiel variieren Ladestecker in ihrer Form teilweise beträchtlich von Land zu Land. Um diese Vielfalt zu beherrschen, kommt die Standardisierung ins Spiel. Die Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladevorrichtung ist in mehreren Standards wie CHAdeMO, ISO 15118 und GB/T 20234.2 definiert. Diese Standards helfen nicht nur Anwendern dabei, problemlos zwischen den Anbietern zu wechseln, sondern ermöglichen es auch den Herstellern, ihre Entwicklungsprozesse zu vereinheitlichen und auf diese Weise zu vereinfachen.

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Egal ob Sie Ladesysteme, Brennstoffzellenregelungen oder Batteriespeichersysteme entwickeln – dSPACE bietet die richtigen Werkzeuge zur Optimierung Ihrer Entwicklungsprozesse.

Bei umweltfreundlichen Energiekonzepten stellt regenerative Energie die Hauptversorgungsquelle dar. Strom wird nahezu emissionslos aus unerschöpflichen natürlichen Ressourcen wie Wind, Wasser und Sonne erzeugt. Bei intelligenten Netzen und Häusern werden üblicherweise mehrere verschiedene regenerative Energieanlagen eingesetzt, zum Beispiel Photovoltaikmodule, Solarthermieanlagen und Windturbinen. Die Entwicklung solcher Anlagen ist sehr anspruchsvoll, da der Energieertrag erneuerbarer Energiequellen im Tagesverlauf stark variiert. Je nach Wetterbedingungen wird mal mehr, mal weniger Strom generiert. Eine grobe Schätzung des Energieertrags kann aufgrund der Wettervorhersagen abgegeben werden, allerdings sind diese Daten oft genauso unzuverlässig wie das Wetter selbst. Aus diesem Grund müssen die Systeme hochgradig flexibel sein. Sie müssen über intelligente Steuergeräte verfügen, um die Schwankungen zwischen Energieerzeugung und -bedarf auszugleichen. Mindestens genauso wichtig sind sensible Energiemanagementsysteme, die weniger zeitkritische Aktionen auf energiereiche Zeiten verschieben.

Wind- und Solarwechselrichter

Üblicherweise erzeugen Solar- und Windenergiesysteme Gleichstrom, während die meisten Geräte für ihren Betrieb Wechselstrom benötigen. Daher müssen solche Systeme mit Leistungselektronik ausgestattet werden, die den ausgegebenen Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, der in dieser Form auch in das Versorgungsnetz oder ein lokales Stromnetz eingespeist werden kann.

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Egal ob Sie Energiesysteme, Steuergeräte, Energiemanagementsysteme, Umrichter oder andere Systeme im Bereich Energietechnik entwickeln: dSPACE bietet umfassende Unterstützung beim Entwerfen, Prototyping, Implementieren und Testen Ihrer Systeme, um Sie bei der Verbesserung Ihres Entwicklungsprozess bestmöglich zu unterstützen.

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