Der Megawatt-Charging-Standard (MCS) erlaubt bereits heute Ladeleistungen von ein bis drei Megawatt pro Ladepunkt und damit Ströme von bis zu 3000 Ampere. Für die Errichtung dieser Ladepunkte bis ein Megawatt gibt es erste Komponenten, jedoch keine sinnvoll skalierbaren Systemkonzepte.

Das Projekt »ReNew« setzt hier an: Es 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. Zentrale Projektziele sind neben der Kostenoptimierung und der Steigerung der Effizienz auch die Ressourceneffizienz, sowohl bei der Installation als auch während des Betriebs der Ladestationen.

Schnellladeparks mit Photovoltaik kombiniert

Die Schnellladeparks werden im Projekt als Hybridkraftwerke betrachtet, das heißt, das sowohl Batteriespeicher wie auch PV-Anlagen in die Systemkonzeption eingebunden werden. 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. Der Schnellladepark ist auch bei Ausfall des Netzes noch betriebsfähig und könnte als dezentral verteilter Stromspeicher über das öffentliche Netz kritische Verbraucher versorgen.

Der Kern der Innovation besteht aus der Übertragung der Energie im Ladepark über ein Multiport-Gleichstrom-Verteilnetz mit einer Spannung von drei bis fünf Kilovolt. Dieser wird über zentrale, netzdienliche Gleichrichter an das Mittelspannungs- oder Übertragungsnetz angeschlossen. Im Ladepark werden an den Ladepunkten isolierende DC-Wandler angeschlossen. Ziel des Projektes ist die Entwicklung der beiden zentralen Leistungselektroniken (Netzgleichrichter und DC-Wandler zum Fahrzeug bzw. zur Batterie).

Effiziente Leistungselektronik für ein stabiles Stromnetz

Weil die beim Megawatt-Laden auftretenden hohen Ströme auf der Fahrzeugseite eine große technische Herausforderung darstellen, entwickelt das Projektteam neben den leistungselektronischen Demonstratoren auch induktive Bauelemente und DC-Schutzelemente. 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.

Durch den im Vorhaben gewählten Ansatz einer hohen DC-Verteilspannung lässt sich der Ressourceneinsatz bei Kabeln und anderen Systemkomponenten reduzieren. Gleichzeitig können auf Grund der geringeren Ströme die Verluste im Betrieb reduziert werden.

Die zentralen Systemkomponenten (Netzgleichrichter, DC-Wandler, Halbleiter, Wickelgüter und DC-Schaltgerät), die das Projektkonsortium in der entsprechenden Spannungsklasse entwickelt, werden anschließend im Labormaßstab am Fraunhofer ISE getestet.

Das Projekt wird im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung »Innovationen für die Energiewende« vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unterstützt. Als Kooperationspartner sind die Infineon Technologies AG, die Siemens AG, die STS Spezial-Transformatoren-Stockach GmbH & Co KG und die Gruner AG beteiligt.