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Forschungsprojekt SKALE

Skalierbares Ladesystem für Elektrofahrzeuge

Konzept des skalierbaren Ladesystems: Netzanschluss an das Mittelspannungsnetz, Anbindung von verschiedenen Ladeplätzen, einer Photovoltaikanlage und stationärem Lithium-Ionen-Speicher über ein DC-Netz.
Konzept des skalierbaren Ladesystems: Netzanschluss an das Mittelspannungsnetz, Anbindung von verschiedenen Ladeplätzen, einer Photovoltaikanlage und stationärem Lithium-Ionen-Speicher über ein DC-Netz.
© Starosta | KIT

Im Projekt SKALE entwickelt das KIT mit Bosch und Power Innovation Stromversorgungstechnik ein skalierbares Ladesystem mit Photovoltaikanlage, stationärem Lithium-Ionen Speicher und Mittelspannungs-Netzanschluss, um Lastspitzen im Stromnetz durch das gleichzeitige Laden von E-Autos zu vermeiden.

Das Projekt SKALE verbindet Elektromobilität und stationäre Batteriespeicher im Aufbau einer Gleichspannungs-Ladeinfrastruktur für den halb-öffentlichen bis privaten Raum. Durch intelligentes Lademanagement, den Einsatz von dezentralen erneuerbaren Energieerzeugern und stationären Batteriespeichern können Lastspitzen verhindert und ein Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes geleistet werden. Das Forschungsprojekt betrachtet die gesamte Energieflusskette, um dabei Ladeleistung und Wirkungsgrad zu steigern und Kosten zu senken. Alle Anforderungen von der netzseitigen Bereitstellung der Energie über bedarfsgerechte Zwischenspeicherung, Verteilung und Wandlung bis hin zur Fahrzeugbatterie und Rückspeisung ins Netz finden dabei Berücksichtigung. »Der neue Ansatz soll eine zukunftsweisende Infrastrukturlösung für beliebige Parkflächen mit einer Vielzahl an Ladepunkten bieten und dezentrale Energiequellen effizient einbinden«, erklärt Professor Marc Hiller vom Karlsruher Institut für Technologie.

Aktuell können Elektrofahrzeuge entweder über Wechsel- oder Gleichstrom geladen werden. Beim Laden mit Wechselstrom reduziert die Wandlung in Gleichstrom im Fahrzeug die Ladeleistung und den Wirkungsgrad des Ladevorgangs. Beim Laden mit Gleichstrom ist die Ladeelektronik in den Ladesäulen verbaut. Das ermöglicht eine Steigerung der Ladeleistung und des Wirkungsgrads, doch auf Seiten der Infrastruktur entstehen erhebliche Kosten. »Das Problem ist, dass sich beide Ladekonzepte entweder nur auf das Fahrzeug oder nur auf einen Teil der Infrastruktur konzentrieren, nicht aber die gesamte Energieflusskette betrachten«, erläutert Nina Munzke, Gruppenleiterin am KIT. Im Unterschied zu herkömmlichen Ladearten sollen die netzseitige Leistungselektronik teilweise zentralisiert, ein Pufferspeicher eingesetzt, Lastflüsse zentralisiert und die Energie in einem Gleichspannungsnetz verteilt werden. Das soll zu Kosteneinsparungen, hoher Skalierbarkeit, Flexibilität des Anwendungsortes und einer hohen Effizienz führen. 

Im Rahmen von SKALE soll ein Demonstrator der Ladeinfrastruktur aufgebaut werden. Der geplante Aufbau umfasst rund zehn Ladeplätze, eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von etwa 100 kW peak und einen Batteriespeicher mit einer Kapazität von ca. 50 kWh. Mit Hilfe des Demonstrators sollen praktische Erfahrungen für Errichtung und Betrieb der Ladeinfrastruktur gewonnen werden. Die gewonnenen Messdaten fließen in die Energiesystemoptimierung und den Aufbau zukünftiger Anlagen ein.

Auf Basis von Simulationen werden im Projekt eine Auslegungsempfehlung für das Gesamtsystem erstellt und ein Auslegungstool entwickelt, das die Ladeinfrastruktur inklusive ihrer Komponenten für einen spezifischen Standort auslegen und optimieren kann. Mit den Messdaten aus dem Demonstrator lässt sich so die Effizienz des Gesamtsystems bewerten, einschließlich der effizienten Nutzung erneuerbarer Energien.

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