Elektromobilität Elektro-Lkw mit vollintegrierter Photovoltaik

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Ab sofort fährt auf Deutschlands Straßen ein 18-Tonnen-Lkw, ausgestattet mit einer 3,5 kWp Photovoltaikanlage. Das Nutzfahrzeug mit integriertem Hochvolt-Photovoltaik-System und Einspeisung in die 800-V-Traktionsbatterie ist nun für den Straßenverkehr zugelassen.

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Die in den Kofferaufbau integrierten Solarmodule nutzen das gesamte Dach vollständig aus.
Die in den Kofferaufbau integrierten Solarmodule nutzen das gesamte Dach vollständig aus.
(Bild: Fraunhofer ISE)

Der direkt am Fahrzeug produzierte Solarstrom kann 5 bis 10 Prozent des Lkw-Energiebedarfs decken. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat gemeinsam mit Industriepartnern und dem Fraunhofer- Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI im Projekt „Lade-PV“ Solarmodule und Leistungselektronik für die Integration in Nutzfahrzeuge entwickelt. Die technische Abnahme des ersten damit ausgestatten Lkws ist ein Meilenstein hin zu klimafreundlicherem Straßengüterverkehr.

Fahrzeugintegrierte Photovoltaik für schwere E-Nutzfahrzeuge

„Durch die erfolgreiche Inbetriebnahme unseres Hochvolt-Photovoltaik-Systems haben wir unser Ziel erreicht, die Machbarkeit von Fahrzeugintegrierter Photovoltaik für schwere E-Nutzfahrzeuge zu demonstrieren. Die in den Lkw integrierten Komponenten funktionieren wie erwartet“, erklärt Christoph Kutter, Projektverantwortlicher am Fraunhofer ISE. Die vom Fraunhofer ISE entwickelten, besonders leichten und robusten PV-Modul-Prototypen baute Sunset Energietechnik. TBV Kühlfahrzeuge integrierte die Module dann in den Kofferaufbau eines Framo-Elektro-Lkw, der als erstes Demonstrator-Fahrzeug dient.

Sicheres Strommanagement dank Trennungsvorrichtung

Damit die Stromerträge hoch aber Material- und Verkabelungsaufwand niedrig sind, sind die Solarmodule im Dach in Serie verschaltet. Die dadurch entstehenden Spannungen von bis zu 400 V könnten bei einem Unfall ein Sicherheitsrisiko darstellen. Um dieses Risiko zu unterbinden, hat das Fraunhofer ISE eine Trennungsvorrichtung entwickelt. Sie sitzt in der Anschlussdose jedes PV-Moduls und ist in der Lage, die Stromverbindung im Falle eines Unfalls innerhalb von Millisekunden dezentral und ohne zusätzliche Kommunikationskanäle zu trennen. Im gesamten System liegen dann nur noch ungefährliche Kleinschutzspannungen vor.

Leistungselektronik für Fahrzeugeinsatz entwickelt

Genau wie die PV-Module wurde auch die Leistungselektronik an die Anforderungen des Nutzfahrzeugs angepasst. Projektpartner M&P motion control and power electronics entwickelten einen Gleichstromsteller, der via CAN-Bus mit der Fahrzeugsteuerung kommuniziert und im Sicherheitskonzept des Fahrzeugs eingebunden ist. Der Photovoltaikstrom vom Dach wird direkt in das Bordnetz des Nutzfahrzeugs eingespeist.

Prüfung unter Realbedingungen

Der Lkw mit Photovoltaiksystem ist für den Elektrogrosshandel Alexander Bürkle täglich im Freiburger Umland im Einsatz und wird nun für ein Jahr regelmäßig geprüft, um die Stromertragsprognose zu validieren und die Komponenten unter Realbedingungen zu überwachen. Des Weiteren begleitet die Fahrten des Demo-Lkws das Energieprognosemodell „IVImon“ des Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI. Dieses prognostiziert abhängig vom Verbrauch im Fahrzeug und der Sonneneinstrahlung für verschiedene Routen die Reichweite, Ladezeiten und Stromerzeugung.

Fahrzeugintegrierte Photovoltaik erlebt in Wissenschaft und Industrie in den letzten Jahren verstärktes Interesse, auch in Bezug auf Schwerlast- und Nutzfahrzeuge. Vom 6. bis 8. Dezember 2021 findet online die erste internationale Konferenz statt, die sich dem Thema widmet.

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