Elektrifizierung ist der Prozess, Technologien zu ersetzen, die fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas nutzen. Das Pariser Abkommen, das 2015 auf der COP21 unterzeichnet wurde, ist ein rechtsverbindliches internationales Abkommen zum Klimawandel. Es wurde von 196 Staaten angenommen und hat die Entwicklung von Technologien auf der ganzen Welt beschleunigt, um die Auswirkungen von Treibhausgasen auf den Temperaturanstieg unseres Planeten zu verringern. Die jüngsten geopolitischen Faktoren haben den Übergang weiter beschleunigt, da die Länder versuchen, ihre Energieversorgung zu sichern.
Der Übergang vollzieht sich rasch, und dies bringt viele Herausforderungen und Chancen für Entwickler und Technologieanbieter weltweit mit sich.
Energieerzeugung neu gedacht
Die Technik zur Erzeugung von Energie aus Sonne und Wind gibt es schon seit einigen Jahren. Aber erst in den letzten zehn Jahren hat die Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen in Europa erheblich zugenommen.
Solar Power Europe berichtet in seinem jüngsten Jahresbericht, dass die Zahl der Solaranlagen in Europa bis 2021 um ein Drittel auf fast 26 Gigawatt (GW) gestiegen ist. Das Wachstum der Windenergie in Europa übertrifft das der Solarenergie bei weitem und wird nach Schätzungen von Wind Europe in den nächsten fünf Jahren um weitere 105 GW zunehmen.
Wachstum bei E-Mobilität
Laut dem Annual Electrical Vehicle Outlook 2022 von Bloomberg sind heute weltweit etwa 20 Millionen Elektrofahrzeuge unterwegs. Angesichts steigender Kraftstoffpreise und neuer Vorschriften zum Kraftstoffverbrauch in vielen Ländern wird erwartet, dass die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen als Alternative zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor drastisch zunimmt. Bloomberg geht davon aus, dass der Anteil der Elektrofahrzeuge an den Neuwagenverkäufen in Großbritannien, Frankreich und Deutschland bis 2025 auf 40 bis 50 Prozent ansteigen wird.
Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS; Electric Vehicle Charging Stations) sind entscheidend, um die Ladezeit von Fahrzeugen zu verkürzen. Ein typisches Kompaktfahrzeug braucht zwischen 24 und 36 Stunden, um am normalen Stromnetz aufgeladen zu werden. Eine EVCS bietet eine ein- oder dreiphasige Versorgung mit einer Netzspannung von 230 oder 400 V – und in Zukunft sogar 800 V, um EVs wesentlich schneller laden zu können.
Speichern, verteilen, steuern
Der Übergang von der Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen hat neue Herausforderungen für das Management von Angebot und Nachfrage mit sich gebracht. Traditionell wurden große, zentralisierte Kraftwerke, die mit Kohle, Öl oder Kernenergie befeuert werden, zur Deckung des Grundbedarfs eines Landes eingesetzt, während dezentrale oder gasbefeuerte Kraftwerke oder Wasserkraftwerke, die sich schnell hochfahren lassen, zur Deckung von Nachfragespitzen zum Einsatz kommen. Windenergie kann die Stromerzeugung in großem Maßstab übernehmen. Allerdings sind Wind- und Solarenergie, die nach der Wasserkraft die zweit- und drittgrößten erneuerbaren Energiequellen sind, aufgrund ihrer Unbeständigkeit besonders problematisch für das Netzmanagement in seiner derzeitigen Form.
Die Zunahme der E-Mobilität stellt eine ähnliche Herausforderung für die Stromerzeugung dar, da die Nutzergewohnheiten bereits darauf hindeuten, dass eine Nachfragespitze um 18 Uhr erreicht wird, wenn die Bevölkerung gleichzeitig ihr Elektrofahrzeug laden möchte. Verteilte Energieressourcen (DER; Distributed Energy Resources) nehmen zu. Diese neuen Kategorien erneuerbarer Energien mit ihren zugehörigen Anlagen werden durch die Elektrifizierung weiter vorangetrieben.
Kleine Solaranlagen auf Kommunal-Ebene und lokale Energiespeicher (meist Lithium-Akkus) werden für die Speicherung der intermittierenden Energieerzeugung eingesetzt. Um das neue Angebot und die Nachfrage zu verwalten, werden Steuerungssysteme und Software entwickelt, die den Endverbrauchern bei der Verwaltung der verschiedenen Energieressourcen helfen.
Stromqualität für eine elektrifizierte Zukunft
Die häufigste Form, Sonnenenergie zu gewinnen, erfolgt über Solarzellen beziehungsweise Photovoltaik-/PV-Module. In ihnen wird die Energie der Sonnenphotonen umgewandelt, um Elektronen aus Atomen zu schlagen und einen Stromfluss zu erzeugen. Das rasche Wachstum der Photovoltaik zur Stromerzeugung führt zu einer immer größeren Nachfrage nach Technikern, die PV-Anlagen effizient und effektiv verwalten, warten und deren Fehler beheben können, damit ein sicherer Betrieb der Anlage gewährleistet ist.
Die Problemlöser, die für die Installation und Wartung von Solarmodulen und Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS) zuständig sind, sind meist ähnlich qualifizierte Techniker. In einigen Fällen, in denen Solarmodule auf dem Dach mit einer EVCS verbunden sind, kann ein und dieselbe Person beide Systeme sicher und problemlos prüfen.
Passende Ausrüstung erforderlich
EVCS sind entscheidend, um die Ladezeit der Fahrzeuge zu verkürzen und stellen die Infrastruktur bereit, die für die Verbreitung von EVs entscheidend ist. Ein typisches Kompaktfahrzeug benötigt zwischen 24 und 36 Stunden, um am Stromnetz aufgeladen zu werden. Eine EVCS bietet eine 1- oder 3-phasige Versorgung mit einer Netzspannung von 230 oder 400 V, womit sich EVs viel schneller laden lassen. Die hohen Spannungen stellen dabei eine Herausforderung für die Benutzersicherheit dar.
EVCS müssen in regelmäßigen Abständen getestet werden, um die Sicherheit und Effizienz des elektrischen Systems und einen sicheren Betrieb für EV-Besitzer zu gewährleisten. Es gibt lokale Sicherheitsvorschriften, internationale und europäische Normen, einschließlich IEC/HD 60364-6, IEC/HD 60364-7-722 und IEC/EN 61851-1, die bei der Installation und Prüfung eingehalten werden müssen.
Netzqualität bei erneuerbaren Energiequellen
Da der Übergang zu erneuerbaren Energien immer schneller vonstatten geht, ist es auch wichtig, dass Installateure und Wartungspersonal Zugang zu den richtigen Schulungen und Instrumenten haben, um PV-/Solaranlagen schnell in Betrieb zu nehmen und sie mit Spitzenleistung zu betreiben.
PV-Anlagen wandeln die Energie der Sonneneinstrahlung in Elektrizität um, doch die erzeugte Energie schwankt mit der Sonnenstärke und kann Sicherheitsprobleme verursachen. Ein Wechselrichter wandelt den Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um, aber eine unkonditionierte Wechselspannung kann zu Problemen hinsichtlich der Netzqualität führen.
Eine schlechte Netzqualität kann Herausforderungen für elektrische Geräte wie Beleuchtung, Computersysteme, Antriebssysteme und Motoren mit sich bringen. Oberschwingungen können Probleme bei Infrastrukturkomponenten wie Leitern und Transformatoren verursachen, während Transienten und/oder plötzliche Spannungsspitzen zum Ausfall empfindlicher elektronischer Geräte führen können. Für die Prüfung der Netzqualität müssen Techniker oft über einen bestimmten Zeitraum Daten sammeln und die Ergebnisse analysieren. Die Nachfrage nach hochpräzisen Handgeräten zur Messung von PV-Anlagen hat zugenommen, insbesondere für gewerbliche, industrielle und große Anlagen (Solarparks).
Mehr Sicherheit für die Betreiber in diesem Bereich treibt die Neuerungen bei speziellen Prüfgeräten für Solaranlagen voran. Mit ihnen lassen sich eine regelmäßige Tests von PV-Anlagen auf Leistungsfähigkeit und Sicherheit durchführen. Mit den Prüfungen wird sichergestellt, dass die Systeme ihre optimale Leistungsfähigkeit erbringen und gemäß der Norm IEC-62446-1 sicher arbeiten.
Für präzise I-U-Messungen werden Echtzeitdaten zu Sonneneinstrahlung und Temperatur benötigt. Funkbasierte Datenübertragung zum Erfassen und Übermitteln dieser Daten in Echtzeit (um genaue I-U-Messungen zu erhalten) sind eine dringend benötigte Neuerung. Die Elektrifizierung führt auch zunehmend zu einer DC-Bereitstellung bei hohen Spannungen– für Anwendungen wie Solaranlagen, Windenergie, elektrische Bahntechnik, Datenzentren und Batteriebänke für unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV). Dies führt zu einer größeren Nachfrage nach Prüf- und Messgeräten, die speziell für Techniker entwickelt wurden, die in DC-Umgebungen bis 1.500 V arbeiten und diese sicher
halten sollen.
Gemeinsam für eine elektrifizierte Zukunft
Angesichts der Verpflichtung, die Treibhausgase in der Atmosphäre bis 2030 erheblich zu reduzieren, sind es die Infrastruktur von EVCS und die Verfügbarkeit von Solar- und Windenergie, die die elektrifizierte Zukunft vorantreiben. Fluke verfügt über das nötige Fachwissen im Bereich der Elektrotechnik und setzt sich seit langem dafür ein, die Sicherheitsanforderungen sowohl bei den Produktstandards als auch bei der Aus- und Weiterbildung zu erfüllen und zu übertreffen. Bei solch ehrgeizigen Zielen muss die Branche auch zusammenarbeiten, um voneinander zu lernen und herauszufinden, welche neuen Test-, Mess- und Prüfgeräte erforderlich sind, um den Übergang sicher und effektiv zu gestalten.
