Quelle: isfh.de
Photovoltaikmodule wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Moderne batterieelektrische Fahrzeuge haben immer zwei Stromspeicher an Bord: eine kleine 12-V-Batterie, die elektrische Verbraucher, Licht und Servolenkung versorgen kann, und eine große Traktionsbatterie, die mit einer höheren Spannung von 400 V arbeitet und die elektrische Energie versorgt Antriebsstrang. Damit die von VIPV erzeugte Energie in die große Traktionsbatterie eingespeist werden und damit zur Reichweitenverlängerung beitragen kann, ist eine Kopplung der PV-Module an das Hochvolt-Bordnetz erforderlich. Dies ist technisch sehr anspruchsvoll, da es eine Umstellung von 12 V auf 400 V erfordert und mit vielen Sicherheitsaspekten verbunden ist. Genau dieser Herausforderung hat sich das Street-Konsortium nun erfolgreich gestellt. Grundlage dafür war die Kombination unterschiedlicher Kompetenzen: Die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie erfolgt in PV-Modulen von a2-solar, die für den automobilen Einsatz entwickelt wurden. Diese basieren auf hocheffizienten Silizium-Heterojunction-Solarzellen von Meyer Burger, die am ISFH mit der Smartwire-Verbindungstechnologie verschaltet wurden. Diese in Europa entwickelte Technologie ermöglicht nicht nur maximale Zell- und Modulwirkungsgrade, sondern aufgrund des niedrigeren Temperaturkoeffizienten auch maximale Modulerträge. Für die punktgenaue Regelung mit maximaler Leistung sorgt die Elektronik von Vitesco Technologies, die als entscheidende Innovation auch den DC/DC-Wandler von 12 V auf 400 V entwickelt hat. Continental Engineering Services übernahm die Integration aller Komponenten und deren Integration in das Bordnetz.
Das als Demonstrator eingesetzte leichte Nutzfahrzeug „WORK L“ der Firma StreetScooter bietet ideale Voraussetzungen für VIPV: Für die 10 PV-Module stehen insgesamt 15 m2 Fläche zur Verfügung. Im Gegensatz zur Integration in Pkw mussten die Module nicht geschwungen oder eingefärbt werden. Ihre nominale Gesamtleistung beträgt 2180 Wp. Gleichzeitig liegt der Energiebedarf für das Fahren mit rund 19 kWh / 100 km ähnlich wie bei Pkw.
„Für Niedersachsen erwarten wir eine jährliche Reichweitenverlängerung von rund 5200 km, in südlicheren Regionen deutlich mehr. Damit würde mehr als jeder vierte netzbasierte Ladestopp eingespart“, sagt Prof. Robby Peibst, Projektkoordinator des Street-Projekts. „Unsere Ergebnisse werden die Attraktivität der fahrzeugintegrierten Photovoltaik zunächst für solche leichten Nutzfahrzeuge demonstrieren. Darüber hinaus werden sie aber auch wichtige Erkenntnisse für die Übertragung von VIPV auf andere Fahrzeugklassen liefern.“
Das Demonstratorfahrzeug verfügt über eine Straßenzulassung nach StVZO und hat erste Tests absolviert. Es ist mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, um die Energieflüsse präzise verfolgen zu können. Bis zum Projektende werden alle Komponenten in Testfahrten zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten sowie bei unterschiedlichen Wetterbedingungen auf Herz und Nieren geprüft. Das Fahrzeug wird daher in naher Zukunft häufig auf den Straßen des Weserberglandes, der Region Hannover und in der Landeshauptstadt selbst zu sehen sein. Das Kennzeichen „HM-PV-30E“ weist auf das Potenzial der Solarenergie in Niedersachsen hin: Studien des ISFH zeigen, dass in einem kostenoptimierten nachhaltigen Energiesystem in Niedersachsen bis zu 30 % des Endenergiebedarfs gedeckt werden können von PV bereitgestellt.
Das Forschungsprojekt „Straße“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Förderkennzeichen 01183157) gefördert. Die Ergebnisse des Projekts fließen auch in die internationale Arbeitsgruppe „Task 17 – PV for Transport“ im Photovoltaic Power Systems Program der Internationalen Energieagentur (IEA) ein. Dort tauschen sich Experten aus aller Welt aus, wie man mit Photovoltaik den CO2-Ausstoß im Verkehrssektor reduzieren kann.
Die fahrzeugintegrierte Photovoltaik (VIPV) wurde bereits in den 1960er Jahren entwickelt. Die Hauptanwendung lag jedoch über viele Jahre in der Nische der Wettbewerbe spezieller stromlinienförmiger Leichtbau-Solarfahrzeuge. Seit einigen Jahren bieten verschiedene Hersteller auch Pkw-Modelle mit Solardächern oder PV-Modulen an, die auf LKW-Kühlkoffern integriert sind. In diesen Fällen wird die PV-gewandelte Energie für „Nebenfunktionen“ wie Klimatisierung oder Kühlung genutzt. Diese Anwendungen laufen auf Niederspannungspegeln von typischerweise 12 V; Die am Markt verfügbaren Systeme sind nicht geeignet, die Hochvolt-Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs zu laden.
Das ISFH beschäftigt derzeit 155 Mitarbeiter in zwei Abteilungen, die innovative Technologien für Solarenergie entwickeln. Der Fachbereich Photovoltaik entwickelt neue industrienahe Solarzellentechnologien, hocheffiziente, industrialisierbare Photovoltaikmodule und forscht wie in diesem Fall an der Integration von PV in innovative Systeme. Das ISFH ist Mitglied der Deutschen Forschungsgemeinschaft Erneuerbare Energien (FVEE) und der Zuse-Gemeinschaft und ein assoziiertes Forschungsinstitut der Leibniz Universität Hannover.
