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Praxistaugliche Reichweitenverlängerung

E-Lieferfahrzeug mit integrierter Photovoltaik

Nutzfahrzeug mit hocheffizienter fahrzeugintegrierter Photovoltaik
Versuchsfahrzeug WORK L unterwegs im Weserbergland.
© Roland Goslich | ISFH

Ein Elektrofahrzeug (fast) ohne Abhängigkeit von Ladestationen – die ersten Schritte hierzu sind gemacht: Der Prototyp eines leichten Nutzfahrzeugs ist mit fahrzeugintegrierter Photovoltaik ausgestattet. Die aus dem Sonnenlicht konvertierte Energie lässt sich in das Hochvolt-Bordnetz einspeisen.

Das Konsortium des Forschungsprojektes Street hat in enger Zusammenarbeit mit Continental Engineering Services einen Prototypen eines leichten Nutzfahrzeuges auf die Straße gebracht, das mit hocheffizienter fahrzeugintegrierter Photovoltaik (Vehicle Integrated Photovoltaics, VIPV) ausgestattet ist. Das Besondere daran: Die aus dem Sonnenlicht umgewandelte Energie kann in das Hochvolt-Bordnetz eingespeist und damit direkt zur Reichweitenverlängerung genutzt werden. Koordiniert wird das Projekt vom Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH). Die Firmen Vitesco Technologies, a2-solar und Meyer Burger sowie das Forschungszentrum Jülich, das Helmholtz-Zentrum Berlin und das MBE-Institut der Leibniz Universität Hannover sind Projektpartner.

Photovoltaikmodule müssen ans Hochvolt-Bordnetz gekoppelt werden
Moderne batterieelektrische Fahrzeuge haben stets zwei Stromspeicher an Bord: Eine kleine 12-V-Batterie, die elektrische Verbraucher, Licht und Servolenkung versorgen kann, sowie eine große Traktionsbatterie, die bei höherer Spannung von 400 V arbeitet und den Elektroantrieb mit Energie versorgt. Damit die durch VIPV gewonnene Energie in die große Traktionsbatterie eingespeist werden kann und so zur Reichweitenverlängerung beiträgt, ist eine Ankopplung der PV-Module an das Hochvolt-Bordnetz notwendig.

Das ist technisch sehr anspruchsvoll, da dies eine Konvertierung von 12 V auf 400 V erfordert und mit vielen Sicherheitsaspekten verknüpft ist. Genau diese Herausforderung ist nun das Street-Konsortium erfolgreich angegangen. Die Grundlage dafür bildete die Kombination verschiedener Kompetenzen: Die Umwandlung der solaren Energie in elektrische Energie erfolgt in für den Automotive-Einsatz entwickelten PV-Modulen von a2-solar. Diese basieren auf hocheffizienten Silizium-Heterojunction-Solarzellen von Meyer Burger, die am ISFH durch Smartwire-Verbindungstechnik verschaltet wurden. Diese in Europa konzipierte Verbindungstechnik ermöglicht nicht nur sehr hohe Zell- und Modulwirkungsgrade, sondern durch einen geringeren Temperaturkoeffizienten auch sehr hohe Modulerträge.

Für die Regelung auf den Punkt mit maximaler Leistung sorgt Elektronik von Vitesco Technologies. Das Unternehmen entwickelte außerdem als zentrale Innovation den DC/DC-Konverter von 12 V auf 400 V. Continental Engineering Services übernahm die Integration sämtlicher Komponenten und deren Einbindung in das Fahrzeug-Bordnetz.

Das Demonstrator-Fahrzeug WORK L

Das als Demonstrator verwendete leichte Nutzfahrzeug WORK L der Firma StreetScooter bietet ideale Voraussetzungen für VIPV: Für die 10 PV-Module steht eine Fläche von insgesamt 15 m2 zur Verfügung. Im Gegensatz zur Integration auf Pkw mussten die Module weder gewölbt noch eingefärbt werden. Ihre nominelle Gesamtleistung beträgt 2180 Wp. Gleichzeitig ist der Energiebedarf für das Fahren mit circa 19 kWh / 100 km ähnlich gering wie bei Pkw.

»Wir erwarten eine jährliche Reichweitenverlängerung von circa 5200 km bei Fahrten in Niedersachsen, und noch deutlich mehr in südlicheren Regionen. Damit würde mehr als jeder vierte netzbasierte Ladestopp eingespart«, meint Prof. Robby Peibst, Koordinator des Street-Projekts. »Unsere Ergebnisse werden die Attraktivität von fahrzeugintegrierter Photovoltaik zunächst für derartige leichte Nutzfahrzeuge aufzeigen. Darüber hinaus liefern sie aber auch wichtige Erkenntnisse zur Übertragung von VIPV in andere Fahrzeugklassen.«

Praxis-Test in Niedersachsen

Das Demonstrator-Fahrzeug hat eine Straßenzulassung nach StVZO und bereits erste Tests absolviert. Es ist mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, um die Energieflüsse genau verfolgen zu können. Bis Projektende sollen alle Komponenten im Rahmen von Testfahrten zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten und unterschiedlichen Wetterbedingungen auf Herz und Nieren geprüft werden. Das Fahrzeug wird daher in nächster Zeit oft auf den Straßen des Weserberglandes, der Region Hannover und in der Landeshauptstadt Niedersachsens selbst zu sehen sein.

Das Forschungsprojekt Street wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Die Ergebnisse des Projekts fließen auch in die internationale Arbeitsgruppe »Task 17 – PV for Transport« im Photovoltaic Power Systems Programm der Internationalen Energieagentur (IEA) ein. Dort tauschen sich Experten weltweit über Ansätze aus, wie sich mittels Photovoltaik die CO2-Emission des Transportsektors senken lässt.


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