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Im Rahmen eines Forschungsprojekts haben die Wissenschaftler:innen des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) eine intelligente, bidirektionale Lade- und Energieinfrastruktur entwickelt. Durch die bidirektionale Kopplung von Strom und Verkehr kann der Hochlauf und die Netzintegration von E-Fahrzeugen beschleunigt werden. Gleichzeitig passt dadurch mehr Ökostrom ins Netz.
Leistungselektronik und Regelungsstrategien selbst entwickelt
Im Mittelpunkt stand dabei die Entwicklung einer modularen, skalierbaren Lade- und Energieinfrastruktur speziell für gewerbliche, kommunale und industrielle Anwendungen. Herzstück ist ein mobiles, containerbasiertes Energiesystem. Dieses kann unterschiedliche E-Fahrzeuge, Batteriespeicher sowie regenerative Energiequellen über ein gekoppeltes Gleichstromnetz miteinander verbinden.
Die einzelnen technischen Bausteine der Lösung entstanden im Rahmen des Projekts „EMobiGrid – Entwicklung eines flexiblen DC-Netzes für die Elektromobilität“. So haben die Wissenschaftler:innen nicht nur eigens die Leistungselektronik mit halbleiterbasierter Isolation entwickelt, sondern auch intelligente Messsysteme, Regelungsstrategien für lokale Gleichstromnetze sowie eine vorausschauende Steuerung der Energieflüsse. Außerdem integrierten sie ein Prognoseverfahren zur besseren Nutzung volatiler Quellen und haben deren Einbindung in netzdienliche Betriebsstrategien untersucht. Durch das Zusammenspiel von lokalen Erzeugungsanlagen mit Speichern und Verbrauchern wie E‑Fahrzeugen lassen sich die vorhandenen Netzkapazitäten effizienter nutzen.
Alles im Container untergebracht
Das gesamte System ist in einem standardisierten Abrollcontainer untergebracht. Die integrierte Komplettlösung zeigt die Möglichkeiten bidirektionaler Energieflüsse anhand verschiedener Anwendungsszenarien. Bei der Präsentation konnten die Anwesenden live verfolgen, wie ein Kleinbus – der zuvor für den Shuttleservice zwischen dem Erlanger Bahnhof und dem Fraunhofer IISB genutzt wurde – und ein Gabelstapler geladen und wieder bereitgestellt wurden. Die Vorführung zeigte zudem die Rückspeisung von Energie aus den Fahrzeugbatterien in einen stationären Speicher sowie die Nutzung der gespeicherten Energie innerhalb des Gesamtsystems.
Dazu haben die Projektpartner die Energieflüsse zwischen Gleichstromnetz, den Speichern und den Verbrauchern auf einem Großbildschirm gezeigt. Dadurch wurde die grundsätzliche Funktionsweise eines sektorgekoppelten Energiesystems anschaulich nachvollziehbar.
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Schnelle und flexible Lösung für Unternehmen und Kommunen
Mit der Vorführung haben die Forscher:innen auch bewiesen, dass die bidirektionale Nutzung von Akkus in E-Autos nicht auf Pkw beschränkt bleiben muss. Vielmehr eignet sich das bidirektionale Laden auch bestens für gewerbliche und industrielle Anwendungen. Damit werden neue Möglichkeiten für Unternehmensflotten, Logistikstandorte oder kommunale Anwendungen möglich. Denn auch in den Unternehmen und Kommunen nehmen die Nutzfahrzeuge künftig nicht nur elektrische Energie auf, sondern stehen zeitweise auch als mobile Energiespeicher zur Verfügung.
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Der Vorteil des Systems der Forscher:innen des IISB ist, dass das mobile Energiesystem schnell und flexibel aufgebaut werden kann. Es stellt Energie- und Ladeversorgung genau dort zur Verfügung, wo kurzfristig oder strukturell Bedarf besteht. Die Forscher:innen haben hier vor allem Gewerbebetriebe mit begrenzter Netzinfrastruktur, Baustellen mit hohem Leistungsbedarf, Großveranstaltungen oder die Versorgung kritischer Systeme im Blick.
Etablierter Standard genutzt
Sie setzen dabei auf offene und etablierte Standards wie CCS für das Gleichstromladesystem. Dadurch kann das System flexibel an unterschiedlichen Standorten eingesetzt und in bestehende Energieinfrastrukturen eingebunden werden. Dank Inselnetzfähigkeit und einer installierten Photovoltaikanlage auf dem Dach des Containers lässt sich dieser auch in abgelegenen Regionen oder bei ausgefallener Energieversorgung autark betreiben. Angesichts des wachsenden Anteils von E-Fahrzeugen im Katastrophenschutz und der sich verändernden klimatischen und geopolitischen Lage werde die Lösung in naher Zeit ein wesentlicher Bestandteil der Energieinfrastruktur, sind sich die Forscher:innen sicher.
