März 2020
Aufzüge verbrauchen Energie, Aufzüge liefern Energie. Mit intelligenter Ultrakondensatoren-Technologie sollen beim Liftbetrieb deutliche Energieeinsparungen möglich sein.
Bei Auf- und Abfahrten elektrischer Aufzüge wirkt, lastabhängig, der Elektromotor auch als Generator. Aufgrund des allgemeinen Wirkungsgrades des Gesamtsystems ist die erzeugte Energie dabei stets geringer als die verbrauchte. ISO 25745 - Teil 2 beschreibt wie man Energieberechnungen in Abhängigkeit von der Nutzung des Aufzugs durchführt.
Es gibt drei Alternativen, um die erzeugte Energie zu vernichten oder zu nutzen:
1. Am häufigsten wird sie (als Wärme) in einem Bremswiderstand vernichtet.
2. Die erzeugte Energie kann aber auch in das Netz zurückgeführt werden. Dies wird mit dem Austausch des normalen, unidirektionalen Antriebs durch einen bidirektionalen (regenerativen) erreicht. Die Energie kann dabei aber nicht gespeichert, sondern muss zeitgleich an anderer Stelle verbraucht werden.
3. Die dritte, hier vorgeschlagene Lösung speichert die Bremsenergie in Superkondensatoren und kann durch das System wieder abgerufen werden. Dieser bidirektionale Energiespeicherprozess wird in DC (Gleichstrom) durchgeführt, wodurch eine zusätzliche Filterung vermieden wird.
Superkondensatoren sind eine Energiespeichertechnologie die über lange Lebensdauer, eine Million Lade- und Entladezyklen, hohe Leistungsdichte und eine besondere Zuverlässigkeit verfügt. Das kinetische Energierückgewinnungssystem (KERS) ist die ideale Anwendungsplattform für Superkondensatoren, da sie sich zudem durch schnelles Laden und Entladen auszeichnen. Sie basieren auf "gebogenen Graphen", einem von Skeleton Technologies patentierten Rohmaterial aus Kohlenstoff.
Jeder VVVF-Antrieb wandelt das 50Hz-Wechselstromnetz in Gleichstrom (ca. 560Vdc) um. Anschließend wird diese Gleichspannung wieder in eine Wechselspannung zurückgeführt, die in Spannung und Frequenz variabel ist. Superkondensatoren sind Niederspannungsspeicherelemente, die mit einem Zwischenelement Spannungen von 600V in niedrigere Werte umwandeln. Für die Nutzung dieser Energie muss das Element bidirektional sein und wird als DC/DC-Wandler bezeichnet. Im Wesentlichen ist das KERS von Epic Power ein Stück Leistungselektronik, das in den Superkondensatoren Energie in Gleichspannung und diese in Niederspannung umwandelt.
Um diesen Vorgang praktikabel für die Anwendung zu machen, muss der Umrichter wie folgt konfiguriert sein:
Effizient. Bei dem Energieaustausch treten alle Verluste im Prozess doppelt auf. Elektrische Wirkungsgrade von mehr als 98 Prozent sind erforderlich, da sonst der ROI erheblich sinkt.
Problemlos anschließen. Die Plug-and-Play-Funktionalität erkennt automatisch wann der Motor als Generator fungiert. Die Supercaps speichern die Energie bevor sie an den Bremswiderstand geht und geben sie zurück, bevor sie der Antrieb aus dem Netz holt. Sind die Superkondensatoren vollgeladen geht die überschüssige Energie an den Bremswiderstand. Ist die Energie verbraucht, wird sie aus dem Netz aufgenommen.
Kompakt. Für die leichte Bedienung beinhaltet das Modul Superkondensatoren und Leistungselektronik in einem einfachen "all-in-one" System.
Kompatibel. Unabhängig vom VVVF oder Aufzugshersteller müssen keine Anpassungen vorgenommen werden.
Flexibel. Nicht alle Aufzüge sind in Bezug auf den Energieverbrauch und die erzeugte Energie und den Energiebedarf gleich. Aus diesem Grund ist das Basissystem so konzipiert, dass es Leistung in kW überträgt und Energie in kJ speichert. Dabei kann jederzeit auch parallel gefahren werden, um die Leistung oder die Energie zu verdoppeln. Die Parallelisierung in DC ist einfach und erfordert nur eine direkte Verbindung ohne zusätzliche Verkabelung. KERS ist das Ergebnis der Kombination von Skeletons Superkondensatorzellen und der intelligenten Leistungselektronik von Epic Power.
Autoren:
Dr. Pilar Molina Gaudó, Ph.D. Professorin für Elektrotechnik, CEO von Epic Power.
Ants Vill, Vice President Product von Skeleton Technologies
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