Skalierbares Ladesystem für Elektrofahrzeuge
Mit der deutlich zunehmenden Zahl an Elektroautos steigt auch die
Bedeutung von Ladeinfrastruktur und Konzepten zur Netzsicherheit. Werden
Elektroautos vor allem nach Arbeitsbeginn oder Feierabend geladen, sorgen
sie zu diesen Zeiten für Lastspitzen im Stromnetz. Vermeiden ließen sich
diese, wenn die gesamte Standzeit zum Laden genutzt würde. Im Projekt
SKALE entwickelt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit den
Partnern Robert Bosch GmbH und Power Innovation Stromversorgungstechnik
GmbH deshalb ein skalierbares Ladesystem mit Photovoltaikanlage,
stationärem Lithium-Ionen Speicher und Mittelspannungs-Netzanschluss.
Diese Presseinformation finden Sie mit Foto zum Download unter:
<https://www.kit.edu/kit/pi_20
elektrofahrzeuge.php>
Das Projekt SKALE verbindet Elektromobilität und stationäre
Batteriespeicher im Aufbau einer Gleichspannungs-Ladeinfrastruk
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“, so Professor Marc Hiller vom Elektrotechnischen
Institut (ETI) des KIT.
Örtliche Flexibilität und hohe Effizienz
Aktuell können Elektrofahrzeuge entweder über Wechselstrom (AC) oder
Gleichstrom (DC) 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. Dies 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 ETI. Im Unterschied zu herkömmlichen Ladearten
sollen die netzseitige Leistungselektronik teilweise zentralisiert, ein
Pufferspeicher eingesetzt, Lastflüsse zentralisiert und die Energie in
einem Gleichspannungsnetz verteilt werden. Dies 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 Kilowatt peak und einen
Batteriespeicher mit einer Kapazität von ca. 50 Kilowattstunden. 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.
Stabiler und sicherer Betrieb
Ladepunkte, Energiespeicher, dezentrale Energieerzeuger und
Netzanschlusspunkte: Im Projekt SKALE befasst sich das ETI mit dem
stabilen und sicheren Betrieb des DC-Netzes. Dazu geht es bei der
Anbindung der Ladeinfrastruktur auch um die Entwicklung eines geeigneten
Umrichterkonzepts für die Anbindung an das Mittelspannungsnetz, das einen
hohen Wirkungsgrad hat und möglichst kompakt aufgebaut werden kann,
gleichzeitig aber auch wirtschaftlich attraktiv ist. Anhand des Konzepts
wird am ETI ein Labordemonstrator aufgebaut, der in Strom und Spannung
skaliert ist, und Erkenntnisse über Betriebsführung und Einhaltung der
Netzanforderungen liefern soll.
Auf Basis von Simulationen erstellen die Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler des KIT im Projekt eine Auslegungsempfehlung für das
Gesamtsystem und entwickeln ein Auslegungstool, 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.
Das Forschungsprojekt SKALE mit einem Projektvolumen von etwa 4,3
Millionen Euro wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
gefördert und ist zum Jahreswechsel gestartet. (jwa)
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