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Integrierte Photovoltaik für das On-Board-Laden elektrischer Nutzfahrzeuge

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Der Schwerlastverkehr verursacht 6 Prozent der CO₂-Emissionen in der EU. Direkt am Fahrzeug produzierter Solarstrom könnte diese Bilanz signifikant verbessern. Im Projekt „Lade-PV“ soll nun die Marktfähigkeit demonstriert werden.

Ein E-LKW (40t) mit ca. 38 m² Photovoltaik-Dachfläche könnte ca. 5000 km pro Jahr mit eigenem PV-Strom zurücklegen.
Ein E-LKW (40t) mit ca. 38 m² Photovoltaik-Dachfläche könnte ca. 5000 km pro Jahr mit eigenem PV-Strom zurücklegen.
(Bild: Clipdealer )

In den kommenden drei Jahren werden nicht nur einzelne Komponenten wie PV-Module und Leistungselektronik, sondern auch ein Herstellungs- und Fertigungskonzept entwickelt, das eine effiziente Lieferkette zwischen den beteiligten Branchen ermöglicht. Die praktische Umsetzung der Prototypen soll an einem E-Lkw als Demonstrationsfahrzeug erfolgen.

Module entwickeln und prüfen

Ziel ist es, besonders leichte und robuste PV-Module für die nachträgliche Aufdachmontage und die Vollintegration zu entwickeln. Die Module sollen kostengünstig in der Preiskategorie von Standardmodulen oder sogar günstiger hergestellt werden können (< 0,4 €/W, < 75 €/m²). Dafür werden neue Materialkombinationen für die Lamination erprobt und getestet. Auch die weiteren Anforderungen an die Vehicle Integrated PV (VIPV)-Module sind anspruchsvoll: sie sollen einen Flächennutzungsgrad von mehr als 90 Prozent erreichen, vibrationsstabil, scher- und biegeresistent sowie montagefreundlich sein.

Außerdem sollen sie höchstens 2,6 Kilogramm zusätzliches Gewicht pro Quadratmeter aufweisen. Die angestrebte Vollintegration der PV-Module in die Dachfläche spart zusätzliche Kosten für Rahmung und Material. Um die Straßentauglichkeit der fahrzeugintegrierten PV-Module zu testen, werden relevante IEC-Tests angepasst und geprüft.

Komponenten der Leistungselektronik realisieren

Aufgrund der Platz- und Gewichtsanforderungen sollen Leistungsvolumen und -gewicht der Anbindung der PV-Module an das elektrische System des Nutzfahrzeugs minimiert werden. Neue Halbleitertechnologien werden erprobt und die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) der Leistungselektronik und damit auch das thermische Management der Komponenten werden entsprechend angepasst. Die geeignete Leistungselektronik wird ebenso wie die PV-Module speziell für den Fahrzeugverkehr getestet. Das Energiemanagementkonzept soll so konzipiert werden, dass auch eine Anbindung an nicht Elektro-Lkw sinnvoll sein kann.

Versuchsfahrzeug: Mini-E-Lkw mit integrierten Schindel-Solarzellen.
Versuchsfahrzeug: Mini-E-Lkw mit integrierten Schindel-Solarzellen.
(Bild: Fraunhofer ISE )

Energieprognose und Messkampagne

Ein Energieprognosemodell umfasst die energieintensiven on-board Verbraucher und prognostiziert den PV-Stromertrag bezogen auf unterschiedliche Routen, Reichweiten, Ladezeiten und Energiemengen. Die Messkampagne bezieht ihre Daten von Sensoren, die auf im Verkehr befindliche Fahrzeuge installiert werden. Damit kann das Einstrahlungspotential für unterschiedliche Routentypen, Auslastungen und Nutzungsszenarien sowie unterschiedliche Abschattungs-Szenarien (z.B. Städte, Landstraßen oder Autobahnen) erfasst werden. Die Auswertung der Daten erlaubt dann eine spezifische Einschätzung des Energiepotenzials für den (Liefer-)Verkehr.

Praxistest mit Evaluierung

Schlussendlich werden Demonstrationsfahrzeuge mit PV-Modulen ausgerüstet, um Anbindungskonzepte, Kabelmanagement und Integration der Leistungselektronikkomponenten zu testen. Die Einsparungen im realen Betrieb sollen bei unterschiedlichen Anwendern mit unterschiedlichen Routenprofilen und Lieferzeiten (tagsüber, früh morgens, abends) erprobt werden. Zusätzlich soll das Handling, die Kompatibilität zu Speditionsprozessen und die Anwendbarkeit in der Praxis demonstriert werden.

„Wir wollen die Technologie nicht nur entwickeln, sondern auch zeigen, dass Lkws über fünf Prozent ihrer Antriebsenergie durch Solarenergie abdecken können. 4000-6000 Kilometer zusätzliche Reichweite pro Jahr sind rechnerisch möglich. Die VIPV wird sich für Hersteller und Betreiber solarer E-Nutzfahrzeuge lohnen“, erklärt Christoph Kutter, Projektleiter am Fraunhofer ISE.

Schematischer Aufbau eines Leichtbaumoduls für Kühlkoffer-Lkws.
Schematischer Aufbau eines Leichtbaumoduls für Kühlkoffer-Lkws.
(Bild: Fraunhofer ISE )

Ebenfalls Teil des Projekts ist der Nachweis der Wirtschaftlichkeit der PV-Module für Nutzfahrzeuge. Dazu werden Fertigungskonzepte und Konzepte für die Zulieferkette entwickelt, um die realen Kosten für die Herstellung der einzelnen Komponenten abzuschätzen. Ein Fabrikationskonzept führt die Komponenten der verschiedenen Hersteller zusammen. Das Konzept beinhaltet die einzelnen Prozessschritte und die Definition der Schnittstellen in der Lieferkette zur wirtschaftlichen Produktion von PV-aktiven Kofferaufbauten und solarunterstützten Elektrolieferfahrzeugen. Zusätzlich werden Kosten- und Rentabilitätsrechnungen durchgeführt und bewertet.

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