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Foto: Fraunhofer IAO

Fraunhofer IAO testet Micro Smart Grid

Wie sich Flotten vom Netz abkoppeln

Fraunhofer IAO nutzt ein eigenes Stromnetz für seine Elektro-Flotte. Im Micro Smart Grid liefert Sonne den Strom. Der wird gespeichert und über eine Software bedarfsgerecht auf 25 E-Autos verteilt.

Ein Smart Grid ist ein geschlossenes Stromnetz, bestehend aus Erzeugung, Speicherung und dem Verbrauch von Energie aus regenerativen Quellen. Seit fast zwei Jahren betreibt das IAO ein Micro Smart Grid, um einen Fuhrpark mit Elektrofahrzeugen in der Praxis zu testen. Die Anlage ist eine der größten vernetzten Ladeinfrastrukturen in Deutschland. Sie besteht aus einer Fotovoltaikanlage für den grünen Strom, deren 117 Solarmodule eine Fläche von 191 Quadratmetern einnehmen und eine Spitzenleistung von 29,8 Kilowatt-Peak (kWp) erzeugen. Es gibt 30 herkömmliche Ladesäulen mit einer Gesamtleistung von 320 kW und zwei Schnellladestationen, eine davon mit bis zu 150 kW Ladeleistung.

Ein Lithium-Ionen-Speicher kostet 1.000 Euro pro KWh

Zur Anlage gehören zwei Stromspeicher. Der eine ist ein Lithium-Ionen-Speicher mit einer Kapazität von 100 kWh, dessen Wirkungsgrad bei 90 bis 95 Prozent liegt. Der andere ist ein neuartiger Wasserstoffspeicher mit einer Kapazität von 2.000 kWh. Dessen Wirkungsgrad beträgt rund 20 Prozent. Die Testflotte besteht aus etwa 25 Hybriden und rein elektrisch betriebenen Autos, zwei Segways und einem Elektro-Roller. "Für Fahrten in der Stadt sind die reinen Stromer gut einsetzbar. Sie sind klein, wendig und praktisch fürs Parken, daher werden sie gerne und häufig für Kurzstrecken in die City genutzt", sagt Georg Göhler aus dem Competence Team Mobilitätskonzepte und Infrastruktur. Auf Langstrecken werden ausschließlich die Hybride gefahren.

Bilanziell erzeugt die Fotovoltaikanlage so viel Strom, wie für die Flotte gebraucht wird. "Wenn mal einige Tage nicht die Sonne scheint, nutzen wir die gespeicherte Energie. Und wenn die Speicher leer sind, ziehen wir den Strom aus dem Netz", sagt Göhler. Das System ist bewusst nicht dafür ausgelegt, die elektrische Fahrzeugflotte vollständig über die Fotovoltaikanlage zu versorgen. "Das wäre wirtschaftlich nicht sinnvoll, weil Strom zu speichern teuer ist, der Wirkungsgrad mitunter gering und wir ein gut ausgebautes Stromnetz in Deutschland haben." Ein Lithium-Ionen-Speicher für Großanwendungen kostet rund 1.000 Euro pro KWh Speicherkapazität. Der verwendete Wasserstoffspeicher ist noch im Forschungsstadium, daher nicht marktreif, aber sehr teuer.

Beim bidirektionalen Laden dienen E-Autos als Energiespeicher

Die Fotovoltaikanlage rechnet sich. Pro kWp kostete sie 1.300 Euro im Einkauf, insgesamt also etwa 40.000 Euro. Die Preise der Anlagen sinken weiterhin. "Je mehr Kilometer mit Elektroautos gefahren werden, umso wirtschaftlicher ist eine Foto­voltaik­anlage", sagt Göhler. Umgekehrt ist die Anlage wirtschaftlicher, je mehr Elek­tro­fahr­zeuge eingesetzt werden.

Zoom Smart Grid Foto: Fraunhofer IAO
Den Strom generiert Fraunhofer IAO größtenteils über die Foto­vol­taik­anla­ge auf dem Dach.

Nach Meinung der Wissenschaftler des IAO ist schnelles, planbares und dabei komfortables Laden mit erneuerbaren Energien eine wesentliche Voraussetzung für die Akzeptanz und die Verbreitung von Elek­tro­fahr­zeu­gen. Bei dem induktiven und bi­direk­tio­na­len Laden fließt der Strom über Induktionsschleifen auf dem Boden in die Batterien der Autos – und von dort bei Bedarf zurück in den Stromkreis. Nicht gebrauchte Energie in den Fahrzeugen kann so im Gebäude genutzt werden, etwa für Licht oder Computer. Beim bidirektionalen Laden werden die Batterien in den Autos als Energiespeicher genutzt. In einem gemischten Fuhrpark, bestehend aus Verbrennern und Elektroautos, kann man nach Meinung von Göhler auf Schnellladestationen verzichten. "Die Stationen sind viel teurer als Normalladestationen. Und die benötigte Anschlussleistung können Energieversorger nicht immer bereitstellen. Für längere Strecken stehen daher Verbrenner oder Hybride bereit", sagt Florian Klausmann, ebenfalls Mitglied im Competence Team. Ob Induktion im Fuhrpark notwendig ist, hänge vom Komfortverhalten der Konsumenten ab. Das lästige Hantieren mit den Kabeln entfällt damit.

Falls die Anschlussleistung im Parkhaus nicht reicht, kann man mit einem Lade- und Lastenmanagement gegensteuern. "Mit ihm bucht man Fahrten, nicht Fahrzeuge", sagt Klausmann. Das System sucht ein passendes Fahrzeug aus und verschiebt, wenn nötig, Ladezyklen. Dieses Dis­po­si­tions­manage­ment hilft, Spitzen beim Laden zu vermeiden und geringe Strommengen im Netz intelligent zu variieren. Überschüssige Energie kann ins Netz eingespeist oder über die Ladesäulen an andere vermietet werden. In beiden Fällen kommt zusätzliches Geld in die Fuhrpark-Kasse.

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Datum

6. Februar 2018
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