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.
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
