Lade-PV – Entwicklung von fahrzeugintegrierter Photovoltaik für das On-Board-Laden von Elektro-Nutzfahrzeugen

Laufzeit: 07/2019 - 06/2022
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI, TBV Kühlfahrzeuge GmbH, Sunset Energietechnik GmbH, Alexander Bürkle GmbH & Co. KG, M&P Motion Control and Power Electronics GmbH
Projektfokus:
Schematische Darstellung eines PV bestückten Kühlkoffer-LKW
© Fraunhofer ISE
Schematische Darstellung eines PV bestückten Kühlkoffer-LKW.
Schematischer Aufbau eines Leichtbaumoduls für Kühlkoffer-LKWs
© Fraunhofer ISE
Schematischer Aufbau eines Leichtbaumoduls für Kühlkoffer-LKWs.
Mini E-truck of Fraunhofer ISE with integrated shingle solar cells.
© Fraunhofer ISE
Mini E-truck of Fraunhofer ISE with integrated shingle solar cells.

Der Straßengüterverkehr schlägt mit hohen CO2-Emissionen zu Buche. Am Fahrzeug produzierter Solarstrom kann die Bilanz deutlich verbessern. Das Projekt »Lade-PV« soll die Marktfähigkeit von PV Anwendungen im Lastenverkehr demonstrieren. Dazu werden geeignete PV-Module für eine nachträgliche Aufdachmontage auf LKWs und zur Vollintegration entwickelt, ebenso Komponenten für die Leistungselektronik. Die kostengünstige Produktion großer Mengen integrierbarer PV-Module in einer PV-Modulfertigungslinie wird konzeptionell erarbeitet. Die entwickelten PV-Module und Leistungselektronikkomponenten werden im Praxistest in Elektro-Nutzfahrzeugen eingebaut. Ein Konzept für den Ablauf des Fertigungsprozesses von PV-aktiven Kofferaufbauten zur Integration in LKWs soll eine wirtschaftliche Produktion optimieren. Ein Energieprognosemodell wird das Einstrahlungspotential abschätzen und eine Kostenanalyse ermöglichen. Ziel des Projekts ist es, eine Energieeinsparung im Lastenverkehr von mehr als 5 % durch die PV-Nutzung aufzuzeigen.

Module entwickeln und prüfen

Ziel ist es, besonders leichte und robuste PV-Module für die nachträgliche Aufdachmontage und die Vollintegration zu entwickeln. Die anwendungsoptimierten Module sollen kostengünstig in der Preiskategorie von Standardmodulen oder sogar günstiger hergestellt werden können (< 0,4 €/W, < 75 €/m²). Dafür werden innovative Materialkombinationen für die Lamination erprobt und getestet. Die angestrebte Vollintegration der PV-Module in die Dachfläche spart zusätzliche Kosten für Rahmung und Material. Um die Straßentauglichkeit der fahrzeugintegrierten PV-Module zu testen, werden relevante IEC-Tests angepasst und geprüft.

Komponenten der Leistungselektronik realisieren

Aufgrund der Platz- und Gewichtsanforderungen sollen Leistungsvolumen und -gewicht der Anbindung der PV-Module an das elektrische System des Nutzfahrzeugs minimiert werden. Neue Halbleitertechnologien werden erprobt und die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) der Leistungselektronik und damit auch das thermische Management der Komponenten werden entsprechend angepasst. Die geeignete Leistungselektronik wird ebenso wie die PV-Module speziell für den Fahrzeugverkehr getestet. Das Energiemanagementkonzept soll so konzipiert werden, dass auch eine Anbindung an nicht Elektro-LKW sinnvoll sein kann.

Energieprognose und Messkampagne

Ein Energieprognosemodell umfasst die energieintensiven on-board Verbraucher und prognostiziert den PV-Stromertrag bezogen auf unterschiedliche Routen, Reichweiten, Ladezeiten und Energiemengen. Die Messkampagne bezieht ihre Daten von Sensoren, die auf im Verkehr befindliche Fahrzeuge installiert werden. Damit kann das Einstrahlungspotential für unterschiedliche Routentypen, Auslastungen und Nutzungsszenarien sowie unterschiedliche Abschattungs-Szenarien (z.B. Städte, Landstraßen oder Autobahnen) erfasst werden. Die Auswertung der Daten erlaubt dann eine spezifische Einschätzung des Energiepotenzials für den (Liefer-)Verkehr.

Praxistest mit Evaluierung

Demonstrationsfahrzeuge werden mit PV-Modulen ausgerüstet, um Anbindungskonzepte, Kabelmanagement und Integration der Leistungselektronikkomponenten zu testen. Die Einsparungen im realen Betrieb sollen bei unterschiedlichen Anwendern mit unterschiedlichen Routenprofilen und Lieferzeiten (tagsüber, früh morgens, abends) erprobt werden. Zusätzlich soll das Handling, die Kompatibilität zu Speditionsprozessen und die Anwendbarkeit in der Praxis demonstriert werden.

Konzept eines wirtschaftlichen Fertigungsprozesses

Teil des Projekts ist der Nachweis der Wirtschaftlichkeit der PV-Module für Nutzfahrzeuge. Dazu werden Fertigungskonzepte und Konzepte für die Zulieferkette entwickelt, um die realen Kosten für die Herstellung der einzelnen Komponenten abzuschätzen. Ein Fabrikationskonzept führt die Komponenten der verschiedenen Hersteller zusammen. Das Konzept beinhaltet die einzelnen Prozessschritte und die Definition der Schnittstellen in der Lieferkette zur wirtschaftlichen Produktion von PV-aktiven Kofferaufbauten und solarunterstützten Elektrolieferfahrzeugen. Zusätzlich werden Kosten- und Rentabilitätsrechnungen durchgeführt und ganzheitlich bewertet.

Weitere Informationen zum diesem Forschungsthema:

 

Fahrzeugintegrierte Photovoltaik

Weitere Informationen zum Thema »Vehicle Integrated PV«, Anwendungsoptionen und Flächenpotenzial finden Sie auf unserer Themenseite.

 

PV for Mobility

Unser Leistungsangebot für PV-Anwendungen im Mobilitätssektor - von der Ertragsprognose und Analyse von PV-Systemen, über die Entwicklung von Solarmodulen oder Elektronikanwendungen bis hin zu Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen.