Die Photovoltaik kann einen wichtigen Beitrag zum intelligenten Laden einer Batterie leisten. Details untersucht das KIT im Projekt SKALE. Dieses verbindet Elektromobilität und stationäre Batteriespeicher im Aufbau einer Gleichspannungs-Ladeinfrastruktur für den halb-öffentlichen bis privaten Raum. Intelligentes Lademanagement, der Einsatz von dezentralen erneuerbaren Energieerzeugern und stationären Batteriespeichern können Lastspitzen verhindern. So können sie einen Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes leisten. Das Forschungsprojekt betrachtet die gesamte Energieflusskette, um dabei Ladeleistung und Wirkungsgrad zu steigern und Kosten zu senken. Es geht dabei um die Anforderungen von der netzseitigen Bereitstellung der Energie und die bedarfsgerechte Zwischenspeicherung. Außerdem spielen Verteilung und Wandlung bis hin zur Fahrzeugbatterie und Rückspeisung ins Netz eine wichtige Rolle. „Der neue Ansatz soll eine zukunftsweisende Infrastrukturlösung für beliebige Parkflächen mit einer Vielzahl an Ladepunkten bieten und dezentrale Energiequellen effizient einbinden. “ Das sagt Professor Marc Hiller vom Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT.

Örtliche Flexibilität und hohe Effizienz

Aktuell beziehen Elektrofahrzeuge ihre Ladung entweder über Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC). 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 dagegen in den Ladesäulen verbaut. Dies ermöglicht eine Steigerung der Ladeleistung und des Wirkungsgrads. Dafür entstehen auf Seiten der Infrastruktur 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.“ Das 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.

PV im Einsatz

Im Rahmen von SKALE bauen die Forschenden einen Demonstrator der Ladeinfrastruktur auf. Der geplante Aufbau umfasst rund zehn Ladeplätze. Außerdem zählt eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von etwa 100 Kilowatt peak dazu. Weiteres Element ist ein Batteriespeicher mit einer Kapazität von ca. 50 Kilowattstunden. Der Demonstrator soll praktische Erfahrungen für Errichtung und Betrieb der Ladeinfrastruktur generieren. Die gewonnenen Messdaten fließen dann in die Energiesystemoptimierung und den Aufbau zukünftiger Anlagen ein.

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 ferner vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und ist zum Jahreswechsel gestartet.

16.2.2021 | Quelle: KIT | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH