Analisi della sostenibilità e dei costi di un inverter IGBT automobilistico: approccio integrato LCA-LCC per lo sviluppo di un modello scalabile = Sustainability and cost analysis of an automotive IGBT inverter: an integrated LCA-LCC approach for developing a scalable model.

Il seguente lavoro di tesi riguarda l’analisi di sostenibilità di sistemi di elettronica di potenza. L’obiettivo principale è stato quello di sviluppare un modello integrato di Life Cycle Assesment (LCA) e Life Cycle costing (LCC) di un inverter IGBT per applicazione automotive. Il modello è parametrizzato e permette di ottenere una distinta base e un Life Cycle Inventory (LCI) che variano al variare di parametri significativi quali potenza e tensione, restituendo in output le masse dei singoli componenti e dell’inverter stesso. I risultati di questa tesi vengono mostrati per un inverter, identificato come caso studio, corrispondente all’IGBT inverter di potenza di picco di 150 kW e tensione nominale di circa 400 V, montato sull’assale posteriore della Volkswagen ID4 a trazione posteriore. L’attività è stata svolta partendo dal materiale disponibile in letteratura. I modelli LCA e LCC sono stati sviluppati utilizzando il software Simapro. Infine, i risultati sono stati comparati e validati utilizzando dei dati reali di inverter attualmente commercializzati e sono stati identificati degli estremi di ottimizzazione del modello. L’utilizzo del software Simapro è stato fondamentale per valutare in parallelo gli impatti ambientali e di costo, sebbene l’armonizzazione delle due metodologie in un’analisi integrata presenti ad oggi ancora dei limiti. Dal punto di vista LCA, i risultati sono stati ottenuti utilizzando il modello di calcolo Environmental Footprint (EF). Dal punto di vista dell’analisi LCC, sono state considerate le seguenti categorie di costo: costo delle materie prime, costo dei processi di lavorazione, e costo dei materiali ausiliari per la produzione dell’inverter. Per quanto riguarda l’LCA del caso studio del veicolo baseline (VW ID4 RWD) si è potuto osservare come nelle diverse categorie d’impatto ambientale il casing in alluminio, il DC link e i bus bar siano principalmente impattanti. Per quanto riguarda l’LCC del caso studio del veicolo baseline (VW ID4 RWD) si è potuto osservare che il componente più rilevante dal punto di vista dei costi è il power module mentre lo split di costi degli altri componenti rimane fedele ai costi reali. I risultati ottenuti mostrano in campo LCA similarità con altri studi LCA di inverter. Invece, per quanto riguarda le masse ottenute dal modello, si è potuto osservare come esse siano superiori rispetto a quelle reali degli inverter di potenza analizzati; sulla base dei dati reali disponibili è stato possibile correggere tale andamento solamente per veicoli con tensione massima 400V e con inverter di tipo IGBT. L’analisi LCC implementata su Simapro mostra un andamento dei costi similare a quello reale ma con un errore (19.32 %), tuttavia l’andamento risulta parallelo alla tendenza di costi reali osservato.