Fahrzeugintegrierte Photovoltaik

Fahrzeugintegrierte Photovoltaik (VIPV) (von engl. "Vehicle Integrated Photovoltaics") ist die mechanische, elektrische und designtechnische Einbindung von Photovoltaik-Modulen in die Fahrzeughülle. Die PV-Module passen sich übergangslos in die Hülle ein und sind mit elektrischen Verbrauchern oder der Antriebsbatterie von Elektro-Fahrzeugen verbunden. Gleichzeitig ersetzen die PV-Module andere Bauteile des Fahrzeugs, z.B. das Dach oder die Motorhaube. VIPV reduziert die Ladevorgänge von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und verbessert die CO₂-Bilanz. Bei PKWs sind die Ansprüche an die ästhetische Integration in das Design des Fahrzeugs besonders hoch und bei Nutzfahrzeugen (z.B. LKW und Busse) werden besonders leichte PV-Module benötigt, um die Nutzlast nicht einzuschränken. Weitere Anwendungsfelder sind Wohnwagen und Wohnmobile, Lastenfahrräder, Straßenbahnen und Züge sowie Schiffe, Flugzeuge und Drohnen.

Würde man alle in Deutschland zugelassenen Fahrzeuge durch E-Autos mit VIPV ersetzen, entspräche dies einem technischen Potenzial von rund 55 GW_p installierte Leistung. Durch die direkte Erzeugung an Bord fallen wenig Zwischenspeicherungs- und Übertragungsverluste an. Bei PKWs können in Deutschland alleine mit einem Photovoltaikdach pro Jahr über 2000 km an Reichweite erzielt werden. Bei Vans sind durch die größere Fläche über 6000 km möglich und bei LKWs durch den höheren Verbrauch immer noch über 5000 km. Das entspricht ca. 5-25% der durchschnittlichen Jahresfahrleistungen der einzelnen Fahrzeugklassen.

Fahrzeugintegrierte Photovoltaik kommt bei Elektro-PKWs zum Einsatz und dient dort als zusätzliche Energieversorgung. Die eingesetzten PV-Module erfüllen meist zusätzlich ästhetische Anforderungen, so sind besondere Designs und insbesondere Krümmungen möglich. Bei Kühl-LKWs kann die PV-Energie genutzt werden, um die Ladung elektrisch zu kühlen. Dadurch kann die gleiche Kühlleistung mit geringerem Einsatz des Kühlaggregats erzeugt und der Verbrauch an Diesel verringert werden. Die Integration der PV-Module in den Kühlkörper erfordern besonders leichte Module, die die thermische Isolation nicht beeinträchtigen. Weitere Anwendungsfelder sind z.B. Campingfahrzeuge, Boote, Busse oder LKWs deren Kleinverbraucher mit der Photovoltaikleistung unterstützt werden oder E-Fahrzeuge bei denen die Photovoltaikleistung direkt den Antrieb mitversorgt.

Unsere FuE-Leistungen zum Thema »Fahrzeugintegrierte Photovoltaik« umfassen:

• Technologieberatung und Produktentwicklung
• Leistungselektronik für die fahrzeugintegrierte Photovoltaik
• Alterungsprüfung und Modulmessung für die Homologation
• Potenzialstudien von Routen und Fahrprofilen
• Machbarkeitsstudien und Strategieentwicklung

Wir unterstützen mit unserer Technologieberatung und Produktentwicklung unsere Kunden mit maßgeschneiderten Entwicklungen von Technologien, die spezifisch auf die Anforderungen des jeweiligen Fahrzeuges oder Fahrzeugkategorie abgestimmt sind. Dabei betrachten wir die mechanische, elektrische und funktionale Integration des Moduls in das Fahrzeug und entwickeln Lösungen, die höchsten ästhetischen Ansprüchen genügt. Unser Ziel ist es, innovative Lösungen zu finden, die auf die Anforderungen hinsichtlich optimalen solaren Ertrags, Herstellungskosten, Langlebigkeit und regulatorischen Anforderungen an das System optimiert sind und gleichzeitig eine ästhetisch hochwertige Integration ermöglichen. Funktionale Prototypen und Serienmuster können in unseren Industrienahen Laboren mit neuesten Technologien hergestellt, erprobt und in Kosten- und Nachhaltigkeitsbetrachtungen analysiert werden.

Um die Energie aus den Solarmodulen effizient und sicher im Fahrzeug zu nutzen, bedarf es einer intelligenten Leistungselektronik, die in die verschiedenen Batteriesyteme im Fahrzeug einspeisen kann. Wir entwickeln Leistungselektronikkomponenten, Schaltungen und Regelungsalgorithmen für Hochvolt- und Niedervoltanbindungen in Fahrzeugen. Wir optimieren volumetrische und gravimetrische Leistungsdichten und entwickeln Systeme zur Reduktion von Verlusten und Kosten in den leistungselektronischen Komponenten durch den Einsatz modernster WideBandGap-Halbleiter (SiC und GaN), innovativer Schaltungstechnik, und intelligenten Elektroniksystemen. Dabei stehen ebenfalls die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit von Stromrichtern im Vordergrund.

Aufgrund der Formgebung und des speziellen Modulaufbaus benötigen präzise und vergleichbare Messungen der Module einen angepassten Messaufbau. Anforderungen an Langzeitstabilität von Fahrzeugmodulen unterscheiden sich von Modulen für PV-Kraftwerke. Wir entwickeln Konzepte und Systeme zur präzisen Charakterisierung der Module und bieten Messungen mit hoher Genauigkeit an. Wir sind spezialisiert auf Modul-Alterungsprüfungen, die wir angepasst für Fahrzeugmodule durchführen können.

Mit Hilfe unserer detaillierten Modelle können wir erzielbare Erträge von Fahrzeugen für verschiedene Routen und Fahrprofile bei verschiedenen Zeiten prognostizieren. Flottenbetreiber und Speditionen können sich dadurch einen fundierten und realistischen Überblick verschaffen, welche Einsparungen durch Solarintegration an den eigenen Fahrzeugen möglich ist. Diese Modelle wurden bereits in Deutschland validiert und werden auf Europa erweitert. Die Prognosen können durch eigens entwickelte Sensoren überprüft werden, die magnetisch auf Fahrzeugen aufgebracht werden.

Wir bieten Workshops und Wissenstransfer an, um Organisationen bei der Bewertung des Potenzials und der Umsetzung von Photovoltaiksystemen an Fahrzeugen zu unterstützen. Unsere Experten erstellen erweiterte Analysen, einschließlich Kostenberechnungen und Life-Cycle-Analysen, sowie Messungen und Simulation von Modulen und Systemen, um eine umfassende Bewertung der finanziellen und ökologischen Auswirkungen zu ermöglichen. Darüber hinaus geben wir Ihnen im Rahmen unserer Beratungsleistungen technologiebasierte Empfehlungen, die sicherstellen, dass die geplanten PV-Module und Systeme optimal auf Ihre spezifischen Bedürfnisse und Ziele abgestimmt sind. Mit unseren Machbarkeitsstudien unterstützen wir Sie dabei, nachhaltige und wirtschaftlich rentable Lösungen für die Integration von Photovoltaik in Fahrzeugen zu realisieren.