In einem Konsortialprojekt entwickeln Fraunhofer-Forschende gemeinsam mit Partnern aus der Industrie flexible Lösungen zur Integration von Ladestationen für Elektrofahrzeuge in gewerbliche Gleichspannungsnetze.
„Die Energiekosten sind in der Produktion ein entscheidender Faktor geworden. Unternehmen suchen daher immer nach neuen Wegen, ihre Effizienz zu steigern. Eine Ressource, die bisher kaum genutzt wurde, sind die Ladeparks für Elektrofahrzeuge. Sie bieten ein enormes Potenzial, kostengünstig Energie zu speichern und im Bedarfsfall abzurufen“, erklärt Jonas Knapp. Der Leiter des Projekts Industrielle Mikronetze und Energiespeicher am Fraunhofer IPA arbeitet an Konzepten für eine effizientere Energienutzung. Dreh- und Angelpunkt sei dabei der Einsatz von Gleichstrom, kurz DC.
„Die Einrichtung von DC-Netzen bietet für industrielle Anwendungen eine ganze Reihe von Vorteilen“, betont Knapp. Man spare Kupfer, weil Gleichstrom – anders als der Dreiphasenwechselstrom, kurz AC, den die Industrie verwendet – in der Regel nur zwei aktive Leiter benötige und damit einen weniger als Drehstrom. Regenerativ gewonnene Energie, beispielsweise der Strom aus der Photovoltaikanlage auf dem Dach, lasse sich außerdem direkt ins Gleichstromnetz einspeisen. Und auch die Gleichrichter, die bei Wechselstrom zwischengeschaltet werden müssen, damit die Maschinen von der Netzfrequenz entkoppelt werden, seien bei einer Gleichstromversorgung überflüssig.
„Immer mehr Unternehmen nutzen daher Gleichstrom in der Produktion“, so Knapp. Es sei daher höchste Zeit, auch die Ladeinfrastruktur für die Elektrofuhrparks in das System zu integrieren. Bisher war dies nur über Umwege, mit Hilfe von Gleichrichtern möglich: Solange die Ladesäulen auf den Parkplätzen durch das Wechselstromnetz versorgt werden, muss zum Laden der Batterien Wechselstrom in Gleichstrom gewandelt werden. Dies geschieht – bei Wechselstromladesäulen – im Bordladegerät des Fahrzeugs, bei Schnellladesäulen wird der Wechselstrom schon in der Ladesäule gleichgerichtet.
Ziel des Projekts DCI4Charge – die Abkürzung steht für Industrie-Gleichstrom (DC) zum Laden – ist es, die Gleichstromladestation direkt aus dem Gleichstromnetz des Unternehmens zu versorgen und umgekehrt das industrielle DC-Netz virtuell beziehungsweise temporär zu stützen. Ein interdisziplinäres Team vom Fraunhofer IPA, Fraunhofer IISB, der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL) als Projektkoordinator und den Industriepartnern Ambibox, Bäumer, Danfoss, Eaton, Maschinenfabrik Reinhausen und Weidmüller arbeitet an Lösungen für die Integration.
Wandler für mehr Effizienz
Forschende am Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB entwickeln hierfür isolierende DC/DC-Wandler, die notwendig sind, um den Gleichstrom aus dem Unternehmens-Gleichspannungsnetz in den Gleichstrom umzuwandeln, der zur Ladung der Fahrzeugbatterien benötigt wird. Diese Wandler sind wichtig, um exakt die erforderliche Spannung und Stromstärke zu liefern und gleichzeitig eine sichere elektrische Trennung zwischen dem Unternehmensnetz und der Batterie des Fahrzeugs zu gewährleisten.
Die neuen DC/DC-Wandler sollen modular aufgebaut sein, sodass sie flexibel miteinander kombinierbar und skalierbar sind. Ebenso werde großer Wert auf eine flexible Regelung gelegt, denn übliche isolierende DC/DC-Wandler hätten häufig nur einen sehr begrenzten Betriebsbereich, so die Projektverantwortlichen. Auf diese Weise lasse sich die zur Verfügung stehende elektrische Energie effizienter nutzen und Energieverluste würden minimiert.
Virtuelle Batterien
„Durch die Integration der Ladestationen ins Gleichspannungsnetz können wir nicht nur Energie sparen, sondern auch die Kapazität der Fahrzeugbatterien für die Energieversorgung der Unternehmen nutzen“, ergänzt Projektleiter Knapp. „Auf diese Weise lassen sich Verbrauchsspitzen abpuffern und Energiekosten senken.“
Die Idee, die dahintersteckt: Die Speicherkapazität der E-Fahrzeuge, die auf einem Parkplatz stehen, bildet technisch betrachtet eine „virtuelle Batterie“, die in das Energiemanagement von Unternehmen eingebunden werden kann. In Zeiten, in denen der Energieverbrauch gering ist, werden die Batterien aufgeladen. Der gespeicherte Strom lässt sich dann, wenn der Energiebedarf besonders hoch ist, wieder ins Gleichstrom-Netz einspeisen. „Auf diese Weise können wir die Ressource Strom effizienter nutzen“, betont Knapp.
Für die Regelung dieser Energieflüsse entwickeln die Forscher am IPA ein softwaregestütztes Energiemanagement: Die bidirektional angebundenen Elektrofahrzeuge können dabei als virtuelle Batterie Strom aufnehmen, aber auch wieder abgeben. Mithilfe von Simulationen lässt sich der Einfluss dieser virtuellen Batterie und des Energiemanagements auf die Netzstabilität analysieren. Ziel ist es, den Mehrwert von bidirektionaler Ladeinfrastruktur zu quantifizieren, ohne die Netzstabilität zu gefährden.
„Entscheidend für den Erfolg des Projektes ist die Automatisierung von Energiespeicherung und -einspeisung. Wenn sie gelingt, wird E-Mobilität zu einem integralen Bestandteil des Energiemanagements von Unternehmen werden“, prognostiziert Knapp. „Und weil sich dadurch die Energiekosten senken lassen, wird die Anschaffung zusätzlicher E-Fahrzeuge noch attraktiver– was die E-Mobilität dann weiter vorantreibt.“
Arno Seitzinger meint
Die Geschichte mit dem gesparten Kupfer ist Unfug.
Im Gegenteil, denn Dreiphasenwechselstrom überträgt mit drei Leitern die dreifache Leistung als Gleichstrom oder Einphasenechselstrom.
Der Grund ist, dass durch die drei um 120° versetzten Phasen kein Neutralleiter benötigt wird.
Gunnar meint
Es gibt einen neuen Ladepark der anderen Art in Merklingen direkt am Bahnhof.
259 AC-Ladepunkte auf dem P+R-Parkplatz, alle Plätze mit einer PV-Anlage mit 875 kWp Leistung überdacht. Finde ich richtig gut, sollte definitiv mehr davon geben. Auf so einem P+R-Parkplatz stehen die Autos mehrere Stunden, da braucht es keine Schnellladung mit aufwendigem Netzanschluss.
nie wieder Opel meint
Tja, das beißt sich dann wieder mit vielen Verträgen und der Blockiergebühr.
M. meint
Verträge und Blockiergebühren sind ja keine Physik, von denen kann man sich trennen, wenn man will.
Man braucht nur eine Regelung, dass das nicht als kostenloser Parkraum missverstanden wird. Aber das sollten findige Köpfe lösen können.
Gunnar meint
Nö, keine Blockiergebühr. Schau einfach auf der Seite des Betreibers nach.
Entweder ad hoc laden für 50ct pro kWh oder mit Ladekarte des Betreibers für 40ct pro kWh und Einmalig 2,95 für die Ladekarte. Blockiergebühren gibt es bei beidem nicht.
Bitte erst schlau machen bevor gemeckert wird. Aber das macht ja keinen Spaß, richtig?
Carsten meint
Es möchten aber nicht alle für jeden Ladepark eine separate Karte!
Blockiergebüren (AC) und Abos müssen verboten werden!
Ad hoc muss Standard sein und dann einen dem Einzugsgebiet entsprechender Preis 35 Cent oder so und dann kann es ja noch Kunden Karten von Ladesäulen Anbietern geben wo man 1-3 Cent/kWh sparen kann aber nicht von dritten mit irgendwelchen Gebühren!
Oder am Supermarkt Kundenkarten wo es dann keine Rabatte auf die waren gibt sondern ab x€ 1kwh Strom gratis.
Dann kann jeder selber entscheiden was er braucht/will ohne Verpflichtungen einzugehen durch Abo Fallen und/oder zusätzlich versteckten Kosten.
Ich zb lade ausschließlich am superchager, da habe ich fähre Preise ohne ohne ein Abo und für den äußerste Notfall, die maingau leider mit blockiergebüren, wobei ich die in fast 4 Jahren nur 2 mal für 5 min laden genutzt habe um Zuhause anzukommen und nicht 1km vorher liegen zu bleiben.
Kasch meint
Da virtuelle Kraftwerke aus dezentralen Quellen in Deutschland politisch nicht machbar sind, warte ich geduldig, bis meine Insellösung für mich und evtl 3 Nachbarn finanziell rentabel wird. Erste Solarpanele auf die Carports, unter deren Dächer Natriumionenspeicher und eine DC-Wallbox. Unsoziale, (umwelt)technisch und finanziell unsinnigste Nötigung meines Stromerzeuger/-versorger kommt mir seit über 20 Jahren nicht in die Tüte. Für mich persönlich eine Frage von Anstand.
Matthias meint
Eine tolle Form von Anstand, so eine „Insellösung“. Die PV-Überschüsse im Sommer aus purer Sturheit nicht einspeisen wollen, und im Winter trotzdem Strom aus dem Netz saugen. Verlogen bis dorthinaus. Und das noch unter dem erstbesten Artikel ohne Themenbezug stolz öffentlich verkünden.
brainDotExe meint
Wenn man seine Inselanlage ausreichend dimensioniert, muss man auch im Winter kein Netzstrom beziehen.
Ob das ganze dann noch wirtschaftlich ist, steht auf einem anderen Blatt.
M. meint
Kann man sicher nach dem Pareto-Prinzip betrachten: die ersten 80% sind (relativ) einfach, aber die letzten 5 oder 10% werden richtig teuer.
Die meisten Haushalte sollten mit 10 kWp in Südausrichtung und 10 kWh Batterie an die 80% rankommen – oder darüber.
Da die Dachfläche meistens begrenzt ist, bleibt einem oft nur ein Energiespeicher zur Erweiterung.
Bei 5000 kWh/a mit einem Standard-Lastprofil (VDEW-H0-Werktag z.B.) braucht man schon mindestens einen 500 kWh-Speicher.
Dann parken die Autos aber auf der Straße. Falls dann noch Geld für Autos über ist ;-)