Forscher arbeiten an mehr Reichweite für Elektro-Lieferfahrzeuge durch Photovoltaik

Das Konsortium des Forschungsprojektes „Street“ um das koordinierende Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) hat den Prototypen eines mit „hocheffizienter“ integrierter Photovoltaik (Vehicle Integrated Photovoltaics, kurz VIPV) ausgestatteten leichten Elektro-Nutzfahrzeuges auf die Straße gebracht. Die aus dem Sonnenlicht konvertierte Energie kann in das Hochvolt-Bordnetz eingespeist und zur Reichweitenverlängerung genutzt werden.

Moderne batterieelektrische Fahrzeuge haben zwei Stromspeicher an Bord: Eine kleine 12-Volt-Batterie, die elektrische Verbraucher, Licht und Servolenkung versorgt. Hinzu kommt eine große Traktionsbatterie für den Elektroantrieb, die bei höherer Spannung von 400 Volt arbeitet. Damit die durch VIPV gewonnene Energie für mehr Reichweite in die Traktionsbatterie eingespeist werden kann, ist eine Ankopplung der Photovoltaik-Module an das Hochvolt-Bordnetz notwendig. Das ist technisch anspruchsvoll, da dies eine Konvertierung von 12 auf 400 Volt erfordert und mit vielen Sicherheitsaspekten verknüpft ist. Diese Herausforderung hat das Street-Konsortium erfolgreich adressiert.

Die Umwandlung der solaren Energie in elektrische Energie erfolge in für den Automobil-Einsatz entwickelten Photovoltaik-Modulen des Spezialisten a2-solar, erklären die Projektverantwortlichen. Diese basierten auf „hocheffizienten“ Silizium-Heterojunction-Solarzellen des Solarzellen-Fertigers Meyer Burger, die am ISFH durch „Smartwire“-Verbindungstechnologie verschaltet wurden. Die Technologie ermögliche nicht nur maximale Zell- und Modulwirkungsgrade, sondern durch einen geringeren Temperaturkoeffizienten auch maximale Modulerträge. Für die Regelung auf den Punkt mit maximaler Leistung sorge Elektronik von Vitesco Technologies, der Antriebssparte von Continental, die auch als zentrale Innovation den DC/DC-Konverter von 12 auf 400 Volt entwickelt habe. Die Integration aller Komponenten und deren Einbindung in das Fahrzeugbordnetz übernahm Continental Engineering Services.

Das als Demonstrator verwendete leichte Nutzfahrzeug Work L des Aachener E-Transporter-Startups StreetScooter bietet laut den Forschern ideale Voraussetzungen für VIPV: Für die zehn Photovoltaik-Module stehe eine Fläche von insgesamt 15 m² zur Verfügung. Im Gegensatz zur Integration auf Pkw müssten die Module weder gewölbt noch eingefärbt werden. Ihre nominelle Gesamtleistung betrage 2180 Wp. Gleichzeitig sei der Energiebedarf für das Fahren mit circa 19 kWh/100 km ähnlich gering wie bei Pkw.

„Wir erwarten eine jährliche Reichweitenverlängerung von ca. 5200 km bei Fahrten in Niedersachsen, und noch deutlich mehr in südlicheren Regionen. Damit würde mehr als jeder vierte netzbasierte Ladestopp eingespart“, erklärt der Koordinator des Street-Projektes Prof. Robby Peibst. „Unsere Ergebnisse werden die Attraktivität von fahrzeugintegrierter Photovoltaik zunächst für derartige leichte Nutzfahrzeuge aufzeigen. Darüber hinaus liefern sie aber auch wichtige Erkenntnisse zur Übertragung von VIPV in andere Fahrzeugklassen.“

Das Demonstratorfahrzeug hat eine Straßenzulassung und erste Tests absolviert. Es ist mit Sensoren ausgestattet, um die Energieflüsse verfolgen zu können. Bis Projektende sollen alle Komponenten im Rahmen von Testfahrten zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten und unterschiedlichen Wetterbedingungen geprüft werden.