Ladeinfrastruktur Projekt ReNew: Megawatt-Schnellladepunkte kommerzialisieren

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Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE

Metrofunk Kabel-Union GmbH

Für die Elektrifizierung des Verkehrssektors werden große Kapazitäten an Schnellladeinfrastrukturen notwendig. Im Projekt „ReNew – Resiliente Schnellladeparks für den Schwerlastverkehr“ arbeiten das Fraunhofer-Institut Für Solare Energiesysteme, Infineon Technologies, Siemens, STS Spezial-Transformatoren-Stockach und Gruner daran, Systemkonzepte für Megawatt-Ladestationen zu entwickeln.

Die neuen Systemkonzepte für Megawatt-Ladestationen sollen einen ganzheitlichen wie auch technisch und wirtschaftlich skalierbaren Ansatz verfolgen. Im Konsortium werden die zentralen Mittelspannungs-Komponenten entwickelt, aufgebaut und im Labormaßstab getestet. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt dabei auf der lokalen Energieverteilung mit Gleichstrom auf Mittelspannungsniveau.

Bisher keine sinnvollen Systemkonzepte vorhanden

Der Megawatt-Charging-Standard (MCS) ermöglicht bereits heute Ladeleistungen von ein bis drei Megawatt pro Ladepunkt und damit Ströme von bis zu 3000 A. Für die Errichtung dieser Ladepunkte bis ein Megawatt gibt es erste Komponenten, jedoch keine sinnvoll skalierbaren Systemkonzepte. An dieser Stelle will das Projekt ReNew ansetzen. Es betrachtet für die Optimierung der Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz alle Bauteile und die gesamte Systemtechnik und entwickelt die notwendigen Komponenten, um die Energieverteilung mit Gleichstrom auf Mittelspannungsniveau zu realisieren. Zentrale Projektziele sind neben der Kostenoptimierung und der Steigerung der Effizienz auch die Ressourceneffizienz, sowohl bei der Installation als auch während des Betriebs der Ladestationen.

Schnellladeparks mit Photovoltaik

Die Schnellladeparks werden im Projekt als Hybridkraftwerke betrachtet, das heißt, dass Batteriespeicher aber auch Photovoltaikanlagen in die Systemkonzeption eingebunden werden. Aufgrund der großen Flächen von Autohöfen können PV-Anlagen als Parkplatzüberdachung die Größenordnung von 1 MW erreichen. Weil die solare Stromerzeugung gut mit dem Ladebedarf an Verkehrsachsen korreliert, können Lastspitzen im Stromnetz abgepuffert werden und der Eigenverbrauch des Schnellladeparks erhöht werden. Der Schnellladepark ist auch bei Ausfall des Netzes noch betriebsfähig und könnte als dezentral verteilter Stromspeicher über das öffentliche Netz kritische Verbraucher versorgen.

Im Mittelpunkt steht die Übertragung der Energie im Ladepark über ein Multiport-Gleichstrom-Verteilnetz mit einer Spannung von drei bis fünf kV. Dieser wird über zentrale, netzdienliche Gleichrichter an das Mittelspannungs- oder Übertragungsnetz angeschlossen. Im Ladepark werden an den Ladepunkten isolierende DC-Wandler angeschlossen. Ziel des Projektes ist die Entwicklung der beiden zentralen Leistungselektroniken.

Komponenteneinsatz minimieren

Weil die beim Megawatt-Laden auftretenden hohen Ströme auf der Fahrzeugseite eine große technische Herausforderung darstellen, entwickelt das Projektteam neben den leistungselektronischen Demonstratoren induktive Bauelemente und DC-Schutzelemente. Die isolierenden DC-Wandler sollen auch zur Anbindung von PV-Anlagen zum Einsatz kommen. Bei den zu entwickelnden Netzgleichrichtern konzentriert man sich auf die Effizienz der netzdienlichen Regelungstechnik und dem modularen Aufbau und der Bidirektionalität, um die Stabilität im Stromnetz der Zukunft zu gewährleisten.

Durch den gewählten Ansatz einer hohen DC-Verteilspannung lässt sich der Ressourceneinsatz bei Kabeln und anderen Systemkomponenten reduzieren. Gleichzeitig können auf Grund der geringeren Ströme die Verluste im Betrieb reduziert werden. Die zentralen Systemkomponenten, wie Netzgleichrichter, DC-Wandler, Halbleiter, Wickelgüter und DC-Schaltgerät, die das Projektkonsortium in der entsprechenden Spannungsklasse entwickelt, werden anschließend im Labormaßstab am Fraunhofer ISE getestet. (se)

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