Projekt PVCharge: Forschung für effizienteres E-Auto-Laden per Solarstrom

Das Forschungsprojekt „PVCharge – Multifunktionale Leistungselektronik für PV-Parkplätze“ wird vom Fraunhofer IEE koordiniert und mit der Siemens AG, der Infineon Technologies AG, der Flavia IT Management GmbH und der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg durchgeführt. Ziel ist es, Synergien zwischen industriellen Photovoltaikanlagen und E-Fahrzeugen effizient zu nutzen und damit das direkte PV-Laden technisch und wirtschaftlich zu optimieren. Im Mittelpunkt stehen größere PV-Anlagen, wie sie über oder in der Nähe von Supermarkt- oder Firmenparkplätzen errichtet werden können.

Ziel ist es, das direkte Laden von Elektrofahrzeugen an Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) effizienter und flexibler zu gestalten. „Dabei muss der Strom aus der PV-Anlage mindestens vier Wandlungsstufen durchlaufen, bevor er in der Fahrzeugbatterie ankommt. Jede dieser Wandlungsstufen ist aber mit Verlusten behaftet, weswegen rund 10 % der Solarenergie ungenutzt verloren geht. In PVCharge erforschen wir einen Ansatz, mit dem diese Wandlung in zwei statt in vier Schritten erfolgen kann, was rund die Hälfte der Verluste einspart“, sagt Sebastian Sprunck, Projektkoordinator am Fraunhofer IEE.

Das Fraunhofer IEE entwickelt dazu eine Testumgebung, mit der der Ansatz praktisch validiert werden soll. Ein bestehendes Rapid-Control-Prototyping-System wird erweitert, um das Verhalten verschiedener aktueller und zukünftiger E-Kfz an den Ladesäulen zu emulieren. Zusätzlich wird eine institutseigene PV-Anlage für Versuchsdurchführungen genutzt, um das Systemkonzept auch im Hinblick auf Anlagen- und Personensicherheit realitätsnah zu prüfen.

Siemens AG untersucht die sicherheitsrelevanten Fragestellungen und die Integration der Ladesäulen. „Die räumliche Ausdehnung eines solchen PV-Parkplatzes, die variable Anzahl an Elektrofahrzeugen und die verschiedenen Nutzungsszenarien erfordern innovative Ansätze für die Systemüberwachung und Interaktion der verschiedenen Wandlerstufen“, erläutert Sebastian Nielebock, Projektleiter bei Siemens.

Auch das Zusammenspiel mit dem Stromnetz wird berücksichtigt. „Für diese Interaktion mit dem Netz braucht es robuste, dynamische und langlebige Leistungselektronik“, sagt Peter Friedrichs, Fellow SiC Innovation bei der Infineon Technologies AG. Infineon entwickelt dazu einen Demonstrationswechselrichter auf Basis neuartiger Halbleitermodule, der diese Interaktion ermöglicht.

An der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) wird parallel an der Anpassung des MPP-Trackers gearbeitet. „In einem solchen System muss der MPP-Tracker mit schnellen und starken Änderungen der DC-Spannungen umgehen können, wenn sich die Leistungsbilanz des Systems z. B. durch Vorgaben des Netzbetreibers, einen bewölkten Himmel oder das Anschließen und Abfahren von Fahrzeugen kurzfristig ändert“, erläutert Marco Jung, Professor für Elektromobilität und elektrische Infrastruktur an der H-BRS und Abteilungsleiter Stromrichter und elektrische Antriebe am Fraunhofer IEE.

Die Flavia IT Management GmbH entwickelt mit ihrer Plattform „Gridware“ die IT-seitige Grundlage für das Zusammenspiel von Nutzerwünschen, Netzvorgaben und Abrechnungsoptionen. „Dabei gibt es zahlreiche Nutzerwünsche, Vorgaben der Netzbetreiber, Freigaben, Datenformate, Abrechnungsoptionen und Kommunikationsschnittstellen zu berücksichtigen, die in Echtzeit und mit hoher Präzision bedient werden müssen“, führt Georg Schmitt von Flavia IT Management an.

Das Projekt PVCharge wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit 3,5 Millionen Euro gefördert und läuft von April 2025 bis März 2028.