Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben zusammen mit Industriepartnern und dem Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI) einen Elektro-Lkw mit einem vollintegrierten Hochvolt-Photovoltaiksystem entwickelt. Die Module sind in die Oberseite des Kastenaufbaus des Lastwagens eingelassen. Der produzierte Strom wird direkt in die 800 Volt Traktionsbatterie des Fahrzeugs eingespeist. Die Anlage kann immerhin fünf bis zehn Prozent des Lkw decken.
Meilenstein für klimafreundlichen Güterverkehr
Der entwickelte Lastwagen hat jetzt die Straßenzulassung bekommen. „Die technische Abnahme des ersten damit ausgestatten Lkw ist ein Meilenstein hin zu klimafreundlicherem Straßengüterverkehr“, betonen die Forscher. „Durch die erfolgreiche Inbetriebnahme unseres Hochvolt-Photovoltaiksystems haben wir unser Ziel erreicht, die Machbarkeit von fahrzeugintegrierter Photovoltaik für schwere Elektro-Nutzfahrzeuge zu demonstrieren“, ergänzt Christoph Kutter, der das Projekt für das Fraunhofer ISE verantwortet.
Leichtmodule entwickelt
Die in den Lkw integrierten Komponenten funktionieren wie erwartet, sagt Kutter. Das war nicht selbstverständlich. Denn die Forscher des Fraunhofer ISE haben für die Fahrzeugintegration Prototypen besonders leichter aber auch sehr robuster Module entwickelt. Diese wurden dann von Sunset Energietechnik hergestellt. TBV Kühlfahrzeuge integrierte die Module dann in den Kofferaufbau eines Elektro-LKW von Framo, der als erstes Demonstratorfahrzeug dient.
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Hohe Spannungen absichern
Der Weg dahin war nicht so einfach. Denn das Fahrzeug muss allen Sicherheitskriterien genügen, um auf die Straße zu dürfen. So war die Verschaltung der Module eine erste Herausforderung. Denn um die Stromerträge möglichst hoch, aber wiederum den Aufwand an Material und Verkabelung möglichst gering zu halten, sind sie im Dach in Reihe geschaltet, wie in einer normalen Photovoltaikanlage. Dadurch summieren sich aber die Einzelspannungen der Module zu einer Gesamtspannung von bis zu 400 Volt. Die könnte bei einem Unfall ein Sicherheitsrisiko darstellen.
Um dies zu verhindern, haben die Freiburger Forscher eine Trennungsvorrichtung entwickelt. Diese sitzt in der Anschlussdose jedes Moduls und ist in der Lage, die Stromverbindung im Falle eines Unfalls innerhalb von Millisekunden dezentral und ohne zusätzliche Kommunikationskanäle zu trennen. Im gesamten System liegen dann nur noch ungefährliche Kleinschutzspannungen vor.
Gleichstromsteller kommuniziert mit Bordelektrik
Wie die Solarmodule ist auch die Leistungselektronik extra für den Lkw entwickelt und an die Anforderungen des Nutzfahrzeugs angepasst. Dies haben die Ingenieure von Motion Control & Power Electronics (M&P) übernommen. Sie haben dazu einen Gleichstromsteller entwickelt, der mit der Fahrzeugsteuerung kommuniziert und in das Sicherheitskonzept des Fahrzeugs eingebunden ist. Denn der Solarstrom vom Dach fließt direkt in das Bordnetz des Lkw.
Prüfung unter Realbedingungen
Der solare Elektro-Lkw wird derzeit vom Elektrogroßhändler Alexander Bürkle im täglichen Einsatz auf Herz und Nieren getestet. Die Probezeit läuft über ein Jahr. In diesem Zeitraum werden auch regelmäßig alle Daten des Solarsystems ausgelesen. Damit wollen die Projektpartner im Blick behalten, ob die Anlage so viel Strom wie prognostiziert liefert. Sie können so auch die Komponenten unter Realbedingungen überwachen. Gleichzeitig testen sie das von den Forschern des Fraunhofer IVI entwickelte neue Ertragsprognosemodell. Dieses prognostiziert abhängig vom Verbrauch im Fahrzeug und der Sonneneinstrahlung für verschiedene Routen die Reichweite, Ladezeiten und Stromerzeugung.
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