ReNew-Projekt denkt Leistungselektronik von Megawattladern neu

Die Projektpartner geben an, bis Mitte 2028 erstmals Systemkonzepte für Megawatt-Ladestationen entwickeln zu wollen, die einen ganzheitlichen sowie technisch und wirtschaftlich skalierbaren Ansatz verfolgen. „Kern der Innovation ist dabei die lokale Energieverteilung mit Gleichstrom auf Mittelspannungsniveau“, teilt das an dem Projekt beteiligte Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE mit. Im Konsortium werden dazu u.a. die zentralen Mittelspannungs-Komponenten entwickelt, aufgebaut und bei Fraunhofer im Labormaßstab getestet.

An dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unterstützten Projekt sind neben dem Fraunhofer ISE die Branchengrößen Infineon und Siemens sowie die STS Spezial-Transformatoren-Stockach GmbH & Co KG und die Gruner AG beteiligt. Als Ausgangslage ihrer Forschung skizzieren die Beteiligten, dass Stationen mit Megawatt-Schnellladepunkten für den Schwerlastverkehr an hochfrequentierten Verkehrsachsen Ladeleistungen entsprechend dem Leistungsbedarf einer Kleinstadt benötigen – nämlich rund 30 MW. Doch: Für die Errichtung dieser Ladepunkte gebe es zwar erste Komponenten, „jedoch keine sinnvoll skalierbaren Systemkonzepte“, heißt es in der Fraunhofer-Mitteilung.

Das ReNew-Vorhaben setzt hier an: „Das Projekt betrachtet für die Optimierung der Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz alle Bauteile und die gesamte Systemtechnik und entwickelt die notwendigen Komponenten, um die Energieverteilung mit Gleichstrom auf Mittelspannungsniveau zu realisieren“, schreibt das Team. Zentrale Projektziele seien neben der Kostenoptimierung und der Steigerung der Effizienz auch die Ressourceneffizienz – sowohl bei der Installation als auch während des Betriebs der Ladestationen.

Interessant: Die Schnellladeparks werden im Projekt als Hybridkraftwerke betrachtet – es werden also sowohl Batteriespeicher als auch PV-Anlagen in die Systemkonzeption eingebunden. „Aufgrund der großen Flächen von Autohöfen können Photovoltaikanlagen als Parkplatzüberdachung die Größenordnung von 1 MW erreichen. Da die solare Stromerzeugung sehr gut mit dem Ladebedarf an Verkehrsachsen korreliert, können Lastspitzen im Stromnetz abgepuffert werden und der Eigenverbrauch des Schnellladeparks erhöht werden“, heißt es in der Mitteilung. Und: Der Schnellladepark sei auch bei Ausfall des Netzes noch betriebsfähig und könne als dezentral verteilter Stromspeicher über das öffentliche Netz kritische Verbraucher versorgen.

Der Kern der angestrebten Innovation besteht aus der Übertragung der Energie im Ladepark über ein Multiport-Gleichstrom-Verteilnetz mit einer Spannung von drei bis fünf Kilovolt. Dieser soll über zentrale, netzdienliche Gleichrichter an das Mittelspannungs- oder Übertragungsnetz angeschlossen werden. Im Ladepark wollen die Projektbeteiligten an den Ladepunkten dann isolierende DC-Wandler anschließen. Ein zentrales Ziel des Projekts ist denn auch die Entwicklung der beiden zentralen Leistungselektroniken: des Netzgleichrichters und des DC-Wandlers zum Fahrzeug bzw. zur Batterie.

Parallel entwickelt das Projektteam auch induktive Bauelemente und DC-Schutzelemente, da beim Megawatt-Laden die auftretenden hohen Ströme auf der Fahrzeugseite „eine große technische Herausforderung darstellen“. Und: „Die isolierenden DC-Wandler sollen neben ihrer Hauptfunktion als Ladeelektronik auch zur Anbindung von Photovoltaik-Anlagen eingesetzt werden können. Bei den zu entwickelnden Netzgleichrichtern liegt der Fokus in der Effizienz der netzdienlichen Regelungstechnik und dem modularen Aufbau und der Bidirektionalität, um die Stabilität im Stromnetz der Zukunft zu gewährleisten“, teilen die Fraunhofer-Forscher mit.

„Künftige Autobahn-Ladeparks bedienen Pkw und Lkw – der Leistungsbedarf wird explodieren. Im Projekt ReNew entwickeln wir skalierbare, ressourcenschonende Systemtechnik, die für diese Infrastruktur benötigt wird“, fasst Andreas Hensel, Projektleitung am Fraunhofer ISE, zusammen.

ise.fraunhofer.de (Pressemitteilung), ise.fraunhofer.de (Projektbeschreibung)