Il 25 Maggio Assodel (Associazione Distretti Elettronica- Italia) , insieme a Special-Ind, ha organizzato un evento per analizzare la tecnologia e il mercato delle colonnine di ricarica. Diego Giordami, executive director di Assodel, Associazione Distretti Elettronica in Italia, ha moderato il panel con altri suoi ospiti quali Maurizio Maitti, strategic marketing director di Special-Ind, Marco Pinetti, founder e director di Battery Industry blog, Omar Imberti, marketing manager di Scame e coordinatore gruppo E-mobility Anie e Michele Arena, Data Analyst di Tecno.
Giordani ha evidenziato come l’elettrificazione rappresenta uno dei principali macro-trend che stanno ridisegnando il mondo dell’e-mobility. Secondo il politecnico di Milano l’impatto dei veicoli inizierà a vedersi già dal 2025, per poi cresere fino a raggiungere i 98 miliardi di euro entro il 2030.
Nonostante l’impatto del Covid-19, il 2020 è stato positivo per la mobilità, in particolare in Italia, sia per quanto riguarda gli BEV (Battery Electric Vehicle), sia i PHEV (Plug-In Hybrid Electric Vehicle).
Di pari passo, cresce anche l’infrastruttura elettrica. Nel dicembre 2020 l’italia ha raggiunto un totale di 19324 punti di ricarica. Il rapporto di punti di ricarica AC vs DC risulta essere il 96% di ricarica in AC rispetto al 4% di DC. Giordani evidenzia come tale crescita avrà una ricaduta sui semiconduttori di potenza, ma anche batterie, display e sensori vari.
Il metodo di ricarica più comune avviene attraverso l’impiego di un onboard charger che sfrutta la tensione AC, ovvero l’alimentazione di rete di una classica abitazione. A differenza dei caricatori AC, è possibile alimentare direttamente la batteria dell’auto e non ha bisogno del caricabatterie di bordo per convertirla. I caricabatterie a corrente continua sono più grandi, più veloci e rappresentano una svolta eccitante per quanto riguarda i veicoli elettrici.
Cosa dice Google?
Michele Arena in qualità di Data Analyst ha riportato una interessante analisi sulle ricerche internet evidenziando come la tendenza del mercato sia in sintonia con la forte crescita delle parole chiave che ogni giorno gli utenti ricercano in rete. “Ogni mese ci sono 1 millione di ricerche medie da utenti che navigano e acquisiscono informazioni. Rispetto al 2019 si sono registrati un +35%,” ha detto Arena.
I componenti passivi ed elettromagnetici rappresentano la maggior parte. Nelle sottocategorie possiamo trovare condensatori come primo elemento di ricerca per i componenti passivi; per i componenti elettromeccanici, invece, possiamo trovare relè e trasduttori. Il concetto di ricarica vede un aumento nella tendenza di ricerca, con una fortissima crescita sin dai primi mesi del 2021. Segmentando il concetto di ricarica, le colonnine rappresentano il traino seguito a ruota da Wallbox e altro.
Colonnine di ricarica
Le colonnine di ricarica seguono la tecnologia dei veicoli elettrici e tutto il suo powertrain. Marco Pinetti ha evidenziato come il mercato delle batterie è fortemente trainato da questo settore e mentre nel 2019 il mercato della tecnologia al litio valeva 37 miliardi di dollari, nel 2030 è destinato essere circa 130 miliardi di dollari, ovvero una crescita del 18%. In tutto questo l’obiettivo sono le gigafactory per la produzione della batterie e in Italia sono solo alcune tra cui Italvolt che stanno investendo con vari sedi dislocate nel centro nord e sud. L’Europa ha investito circa 3 miliarid di dollari per battery value chain e molte aziende hanno aderito al progetto tra cui Varta e Green Energy Storage. Ne abbiamo parlato in questo articolo.
E’ fondamentale supportare l’intera catena supply chain, dalla produzione primaria dei materiali ai processi secondari in cui i minerali vengono riciclati. In seguito alle normative europe, il litio necessiterà di recupero e riciclaggio e molte aziende si stanno già organizzando in tal senso. Le sfide future riguarderanno l’estrazione dei minerali e i relativi costi per ottimizzare la produzione di queste batterie.
Omar Imberti ha evidenziato il ruolo dell’eterogeneità delle soluzioni attraverso una ricarica veloce. “Le soluzioni di ricaric devono essere tante, ma è indispensabile avere una soluzione di insieme tutto coordinato,” ha detto Imberti. In tutto questo è importante sfruttare le energie rinnovabili e soluzioni di power management per soddisfare le richieste di picchi di corrente.
Imberti evidenzia come non è tanto la domanda di energia per i veicoli elettrici che si aggirerà nei prossimi anni su un 3% del totale, ma è la richiesta contemporanea di energia e quindi la gestione dei picchi di corrente. “La gestione di smart load balancing permetterà di ottimizzare la potenza per ricaricare in maniera uniforme e intelligente i vari veicoli,” ha detto Imberti.
La norma tecnica relativa alla gestione intelligente è in fase di approvazione in Italia e dovrebbe essere operativa già alla fine di quest’anno. A breve sul GSE sarà operativo inoltre la possibilità di fare richiesta per avere una potenza di 6 kW invece di 3 kW durante la notte per ricaricare il proprio veicolo elettrico, installando così una Wallbox con determinate caratteristiche. In tutto questo lo sviluppo più importante sarà dettato dal vehicle to grid (V2G), ovvero il fatto che il veicolo possa cedere energia alla rete quando è necessario attraverso una comunicazione bidirezionale.
Lo sviluppo di una buona tecnologia per le colonnine richiede non solo una buona comunicazione ma anche l’impiego di componenti che possano gestire in maniera efficiente la notevole mole di potenza impiegata per ricaricare i veicoli elettrici. Ovvero, una colonnina sempre più intelligente che però deve andare di pari passo con l’avvento dei veicoli elettrici.
“Per i semiconduttori è molto interessante la tecnologia silicon carbide (SiC), sfruttando la possibilità di elevate frequenze di switching, ovvero produrre maggior potenza a parità di superficie,” ha detto Maitti. Il trade off tra prestazioni e costo si sta riducendo tra SiC e Si, la domanda è superiore all’offerta e ben presto avremo una maggiore adozione di SiC.
Nonostante sia il semiconduttore più usato in elettronica, il silicio sta cominciando a mostrare alcuni limiti, specialmente nelle applicazioni ad alta potenza. Un fattore rilevante in queste applicazioni è il bandgap, o gap energetico, offerto dal semiconduttore. Quando il bandgap è alto, l’elettronica che utilizza può essere più piccola, funzionare più velocemente e in modo più affidabile. Può anche funzionare a temperature, tensioni e frequenze più alte di altri semiconduttori. Mentre il silicio ha un bandgap di circa 1,12eV, il carburo di silicio ha un valore quasi tre volte maggiore di circa 3,26eV.
Il carburo di silicio (SiC), un semiconduttore composto da silicio (Si) e carbonio (C), appartiene alla famiglia dei materiali ad ampio bandgap (WBG). Il suo legame fisico è molto forte, dando al semiconduttore un’alta stabilità meccanica, chimica e termica. L’ampio band gap e l’alta stabilità termica permettono di utilizzare i dispositivi SiC a temperature di giunzione superiori a quelle del silicio, anche oltre i 200°C. Il principale vantaggio offerto dal carburo di silicio nelle applicazioni di potenza è la sua bassa resistenza nella regione di deriva, che è un fattore chiave per i dispositivi di potenza ad alta tensione.
I dispositivi di potenza basati su SiC stanno guidando una trasformazione radicale dell’elettronica di potenza, grazie a una combinazione di eccellenti proprietà fisiche ed elettroniche. Anche se il materiale è noto da molto tempo, il suo uso come semiconduttore è relativamente recente, in gran parte dovuto alla disponibilità di wafer grandi e di alta qualità. Negli ultimi decenni, gli sforzi si sono concentrati sullo sviluppo di specifici e unici processi di crescita dei cristalli ad alta temperatura. Sebbene il SiC sia disponibile con diverse strutture cristalline polimorfiche, la struttura cristallina esagonale di tipo 4H-SiC è la più adatta per le applicazioni ad alta potenza.
In una recente intervista rilasciata a Fare Elettronica, Maitti ha affermato anche che: “Special-Ind si colloca tra i primi distributori che credono nei componenti SiC e tra i primi a ipotizzare di offrire una soluzione verticale per chi si appresta a progettare carica batterie, sia sulle automobili che stand alone.
Tanta competenza e conoscenza a disposizione di chi inizia da zero nella realizzazione di un carica batteria e del suo relativo sistema di gestione, ma anche di chi, raggiunto un alto livello progettuale, desidera veder migliorati i propri risultati. Dedicata anche agli specialisti, al fine di concentrare le attenzioni su un insieme specifico di competenze aggiornandole in modo sistematico”.
Conclusioni
Nell’ambito della progettazione, però, è fondamentale non solo l’efficienza del sistema ma anche ottimizzare i costi e il supporto tecnico di aziende come Special-ind può rappresentare un valore aggiunto nell’intera catena di produzione. “Il punto di vista come un fornitore di componenti è fondamentale e può dare al cliente un panel di opportunità che da solo una società di ingegneria non potrebbe conoscere,” ha detto Maitti.
Figure 3: Relè per l’e-mobility
Figure 4: principali componenti di una Wallbox
Nell’infrastruttura di ricarica è previsto inoltre un nuovo prossimo finanziamento per lo sviluppo di oltre 7000 punti di ricarica pubbliche in Italia. Il finanziamento riguarda oltretutto anche l’idrogeno e il BioMetano. Idrogeno ed elettrico fanno parte di uno stesso obiettivo: le due soluzioni dovrebbero supportarsi a vicenda per una completa trasformazione energetica. L’idrogeno produce energia attraverso una reazione chimica che coinvolge l’ossigeno, e l’unico sottoprodotto del processo è l’acqua. L’idrogeno rinnovabile è pulito e altamente efficiente ed è una fonte di energia a impatto zero sull’ambiente. Lo sviluppo di tecnologie sempre più performanti e l’aumento delle fonti rinnovabili disponibili potrebbero ridurre i costi dell’idrogeno verde e renderlo più applicabile.
