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Die Forscher:innen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) arbeiten im Verbundprojekt GaNHypeCharge zusammen mit Viessmann Elektronik und dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) an einem Heimspeicher mit bidirektionaler DC-Ladung. Ziel ist es, ein besonders effizientes und ressourcenschonendes Speichersystem zu entwickeln, das Photovoltaik, stationäre Batteriespeicher sowie die direkte DC-Ladung von Elektrofahrzeugen intelligent koppelt.
Damit setzen die Wissenschaftler an zwei wichtigen Punkten an. Einerseits soll im Rahmen des Projekts an der Weiterentwicklung der Leistungselektronik auf Basis von Galliumnitrid (GaN) gearbeitet werden. Andererseits ist die DC-Kopplung beim bidirektionalen Laden effizienter und einfacher, da die Leistungselektronik in der Wallbox steckt und nicht im Elektroauto. Dazu sieht das Konzept die Entwicklung von AC-DC-Wandlern und DC-DC-Wandlern vor. Diese leistungselektronischen Wandler sind für die Energieflüsse und die Spannungsanpassung notwendig.
Viel Effizienz bei geringen Kosten
Die neuartigen GaN-Halbleiter haben zudem im Vergleich zu Silizium-Halbleitern den Vorteil, dass sie – in Verbindung mit dem Verzicht auf Transformatoren – hohe Wirkungsgrade von mehr als 97 Prozent bei geringem Materialeinsatz und niedrigen Kosten ermöglichen. Denn da sie weniger Verluste haben, die in Form von Wärme abgegeben werden, sind weniger aufwendige Kühlkonzepte notwendig. Das Systemkonzept sieht am Ende eine modulare, erweiterbare Architektur vor, die ohne galvanische Trennung beim DC-Laden auskommt und neue Sicherheitskonzepte integriert. Die Kühlung soll mittels eines optimierten Gehäuses sichergestellt werden.
Nächste Generation von Ladesystemen und Speichern
Zudem schauen die Forscher:innen auf eine möglichst hohe Systemintegration der gesamten Lösung. „Mit dem Projekt schaffen wir die zentralen technologischen Grundlagen für die nächste Generation von PV-Speichersystemen und Ladeinfrastruktur“, erklärt Stefan Reichert, Projektleiter am Fraunhofer ISE. „Damit werden Heimenergiesysteme für die Verbraucher zu einer kompakten, günstigeren, effizienten und nachhaltigen All-in-One-Lösung“, betont er.
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Neues Batteriemanagement entwickeln
Neben dem Fraunhofer ISE, Viessmann Elektronik und dem FZJ sind als weitere Industriepartner Infineon Technologies, Sumida Components & Modules sowie TLK-Thermo beteiligt. TÜV Süd begleitet die sicherheitstechnische Bewertung der entwickelten Lösung. Die Partner teilen sich die einzelnen Teilgebiete untereinander auf. So wird Viessmann Elektronik hauptsächlich an der Erarbeitung eines Batteriemanagementsystems zur Kopplung der Ladelösung mit einem Batteriespeicher arbeiten. Das Unternehmen wird auch die Untersuchung und Integration von Kühl- und Gehäusekonzepten übernehmen. Außerdem wird Viessmann Elektronik auch die EMV-, die thermischen und elektrischen Messungen verantworten und die unterschiedlichen technologischen Ergebnisse im Projekt als Gesamtes bewerten.
