Der Schwerlastverkehr verursacht sechs Prozent der CO2-Emissionen in der EU. Direkt am Fahrzeug produzierter Solarstrom kann diese Bilanz deutlich verbessern. Im Projekt Lade-PV wollen vier Industrieunternehmen und zwei Fraunhofer-Institute unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE die Marktfähigkeit von PV-Anwendungen im Lastenverkehr demonstrieren. Dafür soll ein Gesamtkonzept entwickelt werden, das den flächendeckenden Einsatz von integrierten PV-Modulen an Elektro- und anderen Nutzfahrzeugen, über 3,5 t Nutzlast, ermöglicht.
Dafür werden in den kommenden drei Jahren nicht nur einzelne Komponenten wie PV-Module und Leistungselektronik, sondern auch ein Herstellungs- und Fertigungskonzept entwickelt, das eine effiziente Lieferkette zwischen den beteiligten Branchen ermöglichen soll. Die praktische Umsetzung der Prototypen soll an einem Elektro-Lkw als Demonstrationsfahrzeug erfolgen.
„Auf Lkws findet sich viel Platz in bester Sonnenlage, bei elektrischem Antrieb sind auch große Batterien verfügbar - eine ideale Situation, um mit Photovoltaik wertvolle on-board-Energie und damit Reichweite zu gewinnen, und das 100 Prozent erneuerbar“, erklärt Dr. Harry Wirth, Bereichsleiter Photovoltaik-Module und Kraftwerke am Fraunhofer ISE.
Hohe Anforderungen an PV-Module
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ISE entwickeln in dem Projekt leichte und robuste PV-Module für zwei Anwendungsfälle: die nachträgliche Aufdachmontage und die Vollintegration in den Fahrzeugkoffer. Die Anforderungen an die Vehicle Integrated PV (VIPV)-Module sind anspruchsvoll: sie sollen einen Flächennutzungsgrad von mehr als 90 Prozent erreichen, vibrationsstabil, scher- und biegeresistent sowie montagefreundlich sein. Außerdem sollen sie höchstens 2,6 kg zusätzliches Gewicht pro m2 aufweisen.
Nachrüstungskonzept
Für die Herstellung dieser VIPV-Leichtbaumodule in Serienproduktion wird ein Produktionskonzept entwickelt und eine bestehende Produktionslinie der Firma Sunset Energietechnik umgerüstet. Die Modul-Prototypen werden durch die TBV Kühlfahrzeuge GmbH in die Kofferaufbauten von Elektro-Nutzfahrzeugen integriert. Hierfür werden geeignete Materialkombinationen erprobt und ein Konzept für die Nachrüstung von Kofferaufbauten inklusive Kabelführung und der Einbettung der Leistungselektronik entwickelt.
Für die Anbindung der Solarmodule an die bestehenden elektrischen Bussysteme des Nutzfahrzeugs werden durch den Projektpartner M&P motion control and power electronics die Leistungselektronikkomponenten entwickelt, getestet und für den Einsatz an den Demofahrzeugen zertifiziert. Aufgrund des begrenzten Bauraums und der Gewichtsanforderungen sollen hier neue Halbleitertechnologien zum Einsatz kommen, die mit hohen Taktfrequenzen arbeiten und dadurch kleiner ausgeführt werden können.
Das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI entwickelt ein Energieprognosemodell des Fahrzeugs, das abhängig von den Verbrauchern im Fahrzeug und der PV-Stromerzeugung für unterschiedliche Routen die Reichweite, Ladezeiten und Stromerzeugung prognostiziert.
Die Umsetzung
Das mit Solarmodulen ausgestattete Demonstrationsfahrzeug, ein Framo E-Lkw, soll bei Alexander Bürkle im täglichen Verteilerbetrieb in Freiburger Umland getestet werden. In einer Messkampagne wird das Einstrahlungspotenzial der gefahrenen Routen erhoben, auch die Leistungsentwicklung und Stabilität der Module unter realen Bedingungen werden regelmäßig überprüft.
Abschließend konzipiert das Konsortium einen Fertigungsprozessablauf für die wirtschaftliche Produktion von PV-aktiven Kofferaufbauten und analysiert die Fertigungskosten sowie die Wirtschaftlichkeit für Anwender.
„Wir wollen die Technologie nicht nur entwickeln, sondern auch zeigen, dass Lkws über fünf Prozent ihrer Antriebsenergie durch Solarenergie abdecken können. 4.000 bis 6.000 km zusätzliche Reichweite pro Jahr sind rechnerisch möglich. Die VIPV wird sich für Hersteller und Betreiber solarer E-Nutzfahrzeuge lohnen“, erklärt Christoph Kutter, Projektleiter am Fraunhofer ISE.
