25.05.2023 • Energie

Gleichstromnetze für Ladestationen

Verbundprojekt eMobiGrid arbeitet an einer verlustarmen Kopplung von Batteriespeichern, Photovoltaikanlagen, Windrädern.

Die Verbreitung der Elektromobilität stellt neue Herausforderungen an die Infrastruktur: Stationen zum Aufladen der Fahrzeug­batterien müssen in das vor Ort vorhandene stationäre Energienetz optimal integriert sein. Notwendig ist ein über­greifendes Ladekonzept für unterschiedliche Fahrzeugtypen. Im Verbundprojekt eMobiGrid entwickeln drei mittel­ständische Unternehmen, die Universität Bayreuth und das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelemente­technologie IISB gemeinsam praxis­taugliche Lösungen, um die Verkehrswende zu beschleunigen.

Abb.: Das eMobiGrid-Projekt­konsortium mit Vertretern aus Forschung und...
Abb.: Das eMobiGrid-Projekt­konsortium mit Vertretern aus Forschung und Wirtschaft. (Bild: U. Bayreuth)

Gemeinsam arbeiten die eMobiGrid-Projektpartner darauf hin, den Nutzungsgrad erneuerbarer Energien für den Mobilitäts­sektor zu steigern. Weil regenerativen Energiequellen in der Regel als dezentrale Gleichstrom­quellen hinzukommen, verursacht deren Einbindung in das öffentliche Wechselstromnetz viele Wandlungs­schritte. So entstehen unnötige Verluste und das Netz wird zusätzlich anfällig für Störungen. Daher setzen die Partner in eMobiGrid auf lokale Gleichstrom­netze, die DC-Grids. Diese ermöglichen eine verlustarme Kopplung von Batteriespeichern, Photovoltaik­anlagen, Windrädern und Wasserstoff­technologien und entlasten Stromnetze, die nur schwach ausgebaut sind. Die lokalen Gleichstrom­netze werden ihrerseits mit dem übergeordneten Wechselstromnetz gekoppelt. So entsteht eine übergreifende Energie­infrastruktur, die gleichzeitig die effiziente Integration nachhaltiger Energiequellen unterstützt und den Ausbau der Elektro­mobilität erleichtert.

Ein solches lokales Gleichstrom­netz ist bereits Teil des Energiemanagements am Fraunhofer IISB. Es umfasst verschiedene moderne Energie­quellen und Speicherkonzepte, unter anderem eine Photovoltaik­anlage, Wärme- und Kältespeicher, Batteriespeicher und ein Blockheizkraftwerk. Die Schlüssel­komponente innerhalb des Gleichstrom­netzes sind effiziente, zuverlässige und sichere Gleichstrom­wandler. Im Projekt eMobiGrid entwickelt jetzt die Gruppe DC-Netze am IISB unter der Leitung von Bernd Wunder einen besonders flexiblen, isolierenden DC/DC-Wandler. Dieser Wandler ist speziell für das bidirek­tionale Gleichstrom-Laden optimiert: „Der neue DC/DC-Wandler zeichnet sich aus durch einen enorm breiten Spannungsbereich,“ erklärt Bernd Wunder, „so können neben PKWs auch Nutzfahrzeuge vom Gabelstapler bis zum LKW ge- und entladen werden.“ Erst das bidirektionale Laden ermöglicht es, die Batterien der Elektrofahrzeuge als Zwischenspeicher im Stromnetz zu nutzen. Dadurch puffern sie die Über­produktion erneuerbarer Energien ab. Die bidirek­tionale Ladetechnik ist daher bei schwankender Energiezufuhr besonders wichtig für die Netz­stabilität.

Bernd Zeilmann, Geschäftsführer der Firma Richter R&W Steuerungstechnik in Ahorntal und Konsortial­führer von eMobiGrid, liegt besonders die Praxis­tauglichkeit aller zu entwickelnden Lösungen am Herzen: „Wir werden alle unsere Lösungen auf industrietaugliche Ressourcen ausrichten. Das heißt konkret: speicher­programmierbare Steuerungen statt Tischrechner, Echtzeitbetriebs­systeme statt Windows, Smart-Meter-Gateways statt unsicherer Internet­kommunikation.“ Dabei ist ein zentraler Aspekt in eMobiGrid die alleinige Verwendung standardisierter und intelligenter Messsysteme, die dem bestehenden Energierecht entsprechen. Gerhard Fischerauer, der an der Universität Bayreuth den Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik innehat, ergänzt: „Es müssen sowohl gewerbliche Unternehmen, private Fahrzeughalter, aber auch öffentliche Verkehrs­betriebe diese bidirektionale Lade­infrastruktur nutzen können. Hierfür braucht es wegweisende Konzepte. Im Projekt eMobiGrid können wir jetzt langjährige wissen­schaftliche und handwerkliche Kompetenz zusammenbringen.“

Fh.-IISB / JOL

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