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. Laut einer Studie im Auftrag des Bundesverkehrsministeriums liegt die mittlere Betriebszeit von Pkw bei nur 45 Minuten pro Tag. Im Projekt SKALE entwickelt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit den Partnern Robert Bosch und Power Innovation Stromversorgungstechnik deshalb ein skalierbares Ladesystem mit Photovoltaikanlage, stationärem Lithiumspeicher und Mittelspannungsnetzanschluss.
Intelligentes Lademanagement verhindert Lastspitzen
Das Projekt SKALE verbindet Elektromobilität und stationäre Batteriespeicher im Aufbau einer Gleichspannungs-Ladeinfrastruktur für den halböffentlichen 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“, sagt Professor Marc Hiller vom Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT.
Örtliche Flexibilität und hohe Effizienz
Aktuell können Elektrofahrzeuge entweder über Wechselstrom oder Gleichstrom 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.
100 Kilowatt Solarpower und 50 Kilowattstunden Strompuffer
Im Rahmen von SKALE soll ein Demonstrator der Ladeinfrastruktur aufgebaut werden. Der geplante Aufbau umfasst rund zehn Ladeplätze, eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von rund 100 Kilowatt und einen Batteriespeicher mit einer Kapazität von rund 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. (nhp)
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