Gestione energetica

I miglioramenti apportati a livello di conversione di potenza ed efficienza energetica nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche giocano un ruolo determinante nella riduzione del consumo energetico globale e,di conseguenza, nell'inquinamento ambientale. Il crescente orientamento verso l'efficienza energetica, unito all'aumento dei costi, rendono oggi questi due fattori punto fondamentale nella progettazione di dispositivi di gestione energetica d'uso comune, quali regolatori, alimentatori CA/CC e convertitori DC-DC.   A dimostrarlo sono la nascita di numerose associazioni industriali impegnate nello sviluppo di prodotti ad alta efficienza energetica e la nuova legislazione inerente alla correzione del fattore di potenza (PFC).   L'efficienza energetica ha sempre avuto estrema importanza in campo industriale, poichè in questi settori sono spesso impiegate apparecchiature ad alto consumo energetico. Riducendo gli sprechi di energia le aziende potrebbero, quindi, ridurre ampiamente i costi totali di gestione.   Inoltre, in questo periodo, vi è particolare attenzione riguardo l'impatto dei consumi e relativi sprechi energetici sull'ambienti. Questo ha spostato l'attenzione, quindi, su tutte le apparecchiature elettroniche di uso domestico. La volatilità dei prezzi dell'energia elettrica consumata dagli elettrodomestici sta, purtroppo, rendendo la situazione più complessa.   La riduzione del consumo energetico e le tecniche di gestione energetica sono fondamentali anche nei prodotti alimentati a batterie. Purtroppo, nonostante i costanti sforzi dei progettisti elettronici, non sono stati ancora raggiunti importanti progressi tecnologici in questo campo, dove i pacchi batterie, impiegati in apparecchiature portatili, continuano ad essere inefficienti ed ad occupare spazi e pesi eccessivi. Nelle apparecchiature portatili un ciclo di durata della batteria prolungato rappresenta una forte attrattiva, pertanto per i progettisti è essenziale ottenere dalle batterie le massime prestazioni possibili. Nel settore elettronico è stato necessario adeguarsi alle nuove tecnologie, al fine di realizzare dispositivi e moduli in grado di gestire l'alimentazione con la massima efficienza. A livello di sistema è importante anche che i progettisti dei prodotti finali siano in grado di utilizzare architetture che consentano di sfruttare al meglio l'energia.   Negli ultimi anni i progressi avvenuti nel settore dell'elettronica di potenza sono stati realmente significativi, grazie alle nuove specifiche e caratteristiche tecniche. Per la maggior parte dei prodotti in commercio, infatti, si sono raggiunti alti standard tecnologici, con ampi margini di miglioramento negli anni a venire. La strada quindi sembra ormai spianata, pertanto in questo settore potremo aspettarci un continuo progresso a livello di competenza e nuove tecnologie. Tutto ciò è stato galvanizzato da numerosi enti ed associazioni industriali.   Progettazione a livello di sistema per un'efficienza totale Anche se l'efficienza autonoma dei componenti di regolazione, conversione o alimentazione elettrica di un dato prodotto è estremamente importante, allo stesso modo per i progettisti è necessario ridurre le perdite e ottimizzare l'efficienza a livello complessivo. Architetture di sistema differenti possono influire in maniera rilevante sull'efficienza energetica globale. Per i progettisti è necessario, quindi, collaborare con le case produttrici e i distributori sin dalle prime fasi di realizzazione del prodotto, al fine di creare le migliori configurazioni possibili in termini di efficienza energetica. Questo approccio consente di creare moduli ad hoc adatti ad ogni esigenza, che risultano essere più efficienti rispetto a quelli standard.   È importante considerare che l'impiego di componenti costosi, a patto che siano di qualità superiore, spesso garantiscono la riuscita di un progetto complessivamente più economico, con migliori standard di efficienza energetica e dissipazione di calore.    Efficienza a livello di dispositivo e modulo Attualmente numerose aziende, tra cui XP, Lambda e Murata Power Solutions, stanno impiegando le più recenti tecnologie in termini di semiconduttori, oltre che implementare molte altre caratteristiche e procedure innovative negli ultimi alimentatori, convertitori DC-DC e prodotti dedicati alla gestione energetica.   Alcune tecnologie, ad esempio, includono i PCB in rame pesante multistrato, topologie di rettificatori sincroni e magnetica planare. Tutto ciò ha consentito di ottenere una migliore efficienza e densità a livello di potenza e prodotti alloggiati in box ad ingombro ridotto.   Vi è una stretta correlazione tra design a ingombro ridotto ed efficienza energetica. Difatti, se non si dispone di accurate tecniche di progettazione, i moduli in cui la densità dei componenti è elevata possono risultare maggiormente predisposti a surriscaldamento termico. Questo problema deve essere gestito attentamente, affinché gli sforzi impiegati per ottimizzare efficienza e consumo energetico non siano vanificati dalla necessità di considerare una maggiore gestione termica.   Calcolo dell'efficienza in base al carico L'efficienza dei prodotti dedicati alla gestione energetica è generalmente calcolata a pieno carico. Tuttavia, la maggior parte dei prodotti elettronici di consumo e industriali consuma bassi livelli di energia in questo stato. Disporre di valori di consumo energetico in altri stati risulterebbe molto importante in quanto si avrebbe la possibilità di monitorare gli apparecchi elettronici in stati d' uso più gravosi. Le diverse condizioni di carico sono:   - Modalità attiva: questo stato può essere definito come il pieno carico operativo dell'apparecchiatura in funzionamento, ma generalmente non arriva al 100% del carico nominale dell'alimentazione. - Modalità di riposo: uno stato in cui il consumo energetico è notevolmente ridotto rispetto alla modalità attiva, nella quale l'apparecchiatura risponde rapidamente ai comandi. Le modalità di riposo automatizzate sono divenute una caratteristica comune degli alimentatori elettrici, poiché consentono di ridurre sensibilmente il consumo energetico. - Modalità standby: da un punto di vista ambientale, la maggior parte delle apparecchiature elettroniche di consumo o industriali impiega inutilmente gran parte della sua vita utile in questo stato. Anche se le apparecchiature non sono attive ma rimangono in modalità attiva, consumano comunque una quantità ridotta di energia elettrica. Numerosi test e studi svolti dimostrano che le apparecchiature di consumo in modalità standby utilizzano circa il 5% di tutta l'energia consumata a livello residenziale. - Modalità hard off: in questo stato un interruttore meccanico arresta completamente l'alimentazione, per cui il consumo è praticamente ridotto a zero.         Le associazioni industriali unificano le proprie competenze Negli ultimi anni sono nate numerose organizzazioni e associazioni industriali che si occupano di promozione e supporto alla progettazione di prodotti elettrici ed elettronici, al fine di realizzare soluzioni con standard d'efficienza elevati.  Tale approccio consente di evidenziare eventuali problemi e, in alcuni casi, attraverso un forum dedicato, permette di condividere conoscenze e competenze, per aiutare a sviluppare prodotti in grado di ottimizzare l'utilizzo di energia consumata. Le organizzazioni più note, tra queste, sono Green Grid, (European Power Supply Manufacturers Association - EPSMA), ossia PSMA per gli Stati Uniti, e Climate Savers.   La EPSMA rappresenta le più importanti aziende manifatturiere Europee che operano nel settore energetico. Fornisce, inoltre, un utile forum nel quale è possibile discutere e risolvere le principali problematiche del settore energetico. Anche se la maggior parte del lavoro è orientato al supporto di clienti ed utenti riguardo problematiche e interpretazioni al livello legislativo, l'EPSMA rappresenta anche un importante punto di incontro per discutere di tutti i problemi legati allo sviluppo tecnico, incluso l'efficienza energetica.   Nata nel febbraio 2007, Green Grid è un consorzio globale no-profit di cui fanno parte più di 100 aziende, il cui obiettivo è ottimizzare l'efficienza globale di data centre ed ecosistemi di PC aziendali.   Climate Savers è impegnata invece nella riduzione del consumo energetico e nell'aumento dell'efficienza nei computer. L'organizzazione ha stabilito obiettivi specifici quali, ad esempio, quello di ottenere una riduzione del 50% nel consumo energetico dei PC entro il 2010. La membership è aperta a tutti, aziende e privati, ed è chiaro che le società coinvolte nella progettazione e nella produzione di apparecchiature legate ad alimentazione elettrica e gestione energetica rivestiranno un ruolo fondamentale nella ricerca e nel conseguimento degli obiettivi dell'organizzazione.     Riassumendo Gli alimentatori e gli altri prodotti dedicati alla gestione energetica si utilizzano in tutto il mondo; alcune stime indicano che attualmente solo gli alimentatori CA/CC in uso nel mondo sono tra sei e dieci miliardi.   Mentre i prodotti di punta presenti sul mercato sono efficienti al 90%, tante altre soluzioni meno sofisticate lo sono solo per il 20-40%, consumando una maggiore quantità di energia e causando, di conseguenza,  un intensificazione delle emissioni di carbonio e un più rapido impoverimento delle risorse naturali del pianeta.   È chiaro che il lavoro svolto da alcune aziende leader nel settore della gestione energetica risulta essere estremamente importante affinché l'efficienza energetica dei prodotti immessi sul mercato continui ad aumentare costantemente. La condivisione di conoscenza e competenza e la stretta collaborazione nelle prime fasi della progettazione dei prodotti possono concretamente aiutare ad accelerare lo sviluppo e la creazione di prodotti efficienti. La chiave del successo risiede nel settore energetico, nel canale di distribuzione e nei progettisti / aziende manifatturiere dei prodotti finali.