Eine Hand steckt eine Ladevorrichtung in ein E-Auto.

Der neue Ansatz beim Forschungsprojekt SKALE soll eine zukunftsweisende Infrastrukturlösung für beliebige Parkflächen mit einer Vielzahl an Ladepunkten bieten. Bild: Sandra Göttisheim, KIT

Zum Jahreswechsel hat das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die Entwicklung eines skalierbaren Ladesystems gestartet, um künftige Ladespitzen im Stromnetz zu vermeiden. Gemeinsam mit den Partnern Bosch und der Power Innovation Stromversorgungstechnik GmbH soll im Rahmen des Forschungsprojekts SKALE ein Demonstrator aufgebaut werden, der rund zehn Ladeplätze für Elektroautos, eine Photovoltaikanlage mit einer Peak-Leistung von etwa 100 Kilowatt und einen Lithium-Ionen Speicher mit einer Kapazität von etwa 50 Kilowattstunden umfasst.

Zukunftsweisende Infrastrukturlösung für Parkflächen

Werden Elektroautos hauptsächlich nach Arbeitsbeginn oder Feierabend geladen, könnten sie für Überlastungen im Stromnetz sorgen. Vermeiden ließe sich dies laut den Forschern, wenn die gesamte Standzeit zum Laden genutzt würde. Mithilfe eines intelligenten Lademanagements, dem Einsatz von dezentralen erneuerbaren Energieerzeugern und stationären Batteriespeichern für die Gleichspannungs-Ladeinfrastruktur im halb-öffentlichen bis privaten Raum wollen sie die Stabilität des Netzes sichern.

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekt soll die gesamte Energieflusskette betrachten, um Ladeleistung und Wirkungsgrad zu steigern sowie Kosten zu senken. Alle Anforderungen von der netzseitigen Bereitstellung der Energie über bedarfsgerechte Zwischenspeicherung, Verteilung und Wandlung bis hin zur Fahrzeugbatterie und Rückspeisung ins Netz finden dabei Berücksichtigung. „Der neue Ansatz soll eine zukunftsweisende Infrastrukturlösung für beliebige Parkflächen mit einer Vielzahl an Ladepunkten bieten und dezentrale Energiequellen effizient einbinden“, erklärt Marc Hiller vom Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT.

Das Konzept des KIT
Konzept des KIT: Netzanschluss an das Mittelspannungsnetz, Anbindung von verschiedenen Ladeplätzen, einer Photovoltaikanlage und stationärem Lithium-Ionen-Speicher über ein DC-Netz. Bild: Starosta, KIT

Das Problem bisheriger Ladekonzepte

Aktuell können Elektrofahrzeuge entweder über Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) geladen werden. Beim Laden mit Wechselstrom reduziert die Wandlung in Gleichstrom im Fahrzeug die Ladeleistung und den Wirkungsgrad des Vorgangs. Beim Laden mit Gleichstrom ist die Ladeelektronik in den Ladesäulen verbaut, was zwar eine Steigerung der Leistung und des Wirkungsgrads ermöglicht, auf Seiten der Infrastruktur jedoch erhebliche Kosten verursacht. „Das Problem ist, dass sich beide Ladekonzepte entweder nur auf das Fahrzeug oder nur auf einen Teil der Infrastruktur konzentrieren, nicht aber die gesamte Energieflusskette betrachten“, so Nina Munzke, Gruppenleiterin am ETI.

Im Unterschied zu herkömmlichen Ladearten soll die netzseitige Leistungselektronik im 4,3-Millionen-Projekt teilweise zentralisiert, ein Pufferspeicher eingesetzt, Lastflüsse zentralisiert und die Energie in einem Gleichspannungsnetz verteilt werden. Dies würde laut den KIT-Experten zu Kosteneinsparungen, hoher Skalierbarkeit, Flexibilität des Anwendungsortes und einer hohen Effizienz führen.

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