19.02.2025 – Prototyp für Mittelspannungs-Tankstelle
Die Mittelspannungs- Systemtechnik des Fraunhofer ISE ermöglicht Spitzenlasten von mehreren Megawatt bei geringem Ressourcenverbrauch und hoher Flexibilität. (Foto: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme)
Das Fraunhofer ISE entwickelte mit Industriepartnern die Mittelspannungs-Systemtechnik für zukünftige Schnellladestationen, die Spitzenlasten von mehreren Megawatt ermöglichen. Mit der Anzahl an E-Fahrzeugen in Deutschland steigt der Bedarf an Schnellladestationen, die ähnlich wie heutige Tankstellen eine große Anzahl an Fahrzeugen gleichzeitig bedienen können. Diese können nicht länger über das Niederspannungsnetz versorgt werden – selbst bei geringer Auslastung der Tankstelle würde die nötige Leistung 300 kW übersteigen. Auch die Verteilung innerhalb der Tankstelle oder des Parkhauses sollte nicht im Niederspannungsnetz erfolgen, da die langen Kabelwege (bei 25 Ladepunkten 100 Meter und mehr) und die hohen Leistungen zu hohen Installationskosten bzw. hohen Verlusten in den Kabeln führen.
Tanken an der Mittelspannung
Das im Projekt „Mittelspannungs-Tankstelle“ entwickelte leistungselektronische System für Ladestationen setzt daher auf ein Mittelspannungsnetz, das mit einem Gleichrichter auf einer Spannung von 1500 VDC betrieben wird. Die höhere Spannungsebene führt zu einer höheren Leistung bei gleicher Stromstärke, ohne dass der Kabelquerschnitt größer werden muss. Durch den deutlich geringeren Kupferverbrauch werde ein wesentlicher Beitrag zum Umwelt- und Ressourcenschutz geleistet. Der Wert von 1500 VDC wurde gewählt, da dies die Grenze der Niederspannung ist und oberhalb dieses Wertes andere Normen gelten. In Folgeprojekten ist geplant, die Spannung darüber hinaus zu steigern.
Modularer Ansatz für unterschiedlich große Ladestationen
Ein galvanisch getrennter Wandler koppelt das Gleichstrom- (DC) Verteilnetz an die Fahrzeugbatterie und steuert die Schnellladung. Die Gleichstromwandler mit einer Leistung von je 175 kW sind so konzipiert, dass sie im System problemlos parallelgeschaltet werden können. Dieser modulare Ansatz erlaubt es, sowohl Ladestationen mit geringerer Leistung für PKW als auch Stationen mit größerer Leistung für LKW zu bauen.
Ein Demonstrator eines Ladepunktes ist während der E-World auf dem Stand der Fraunhofer-Allianz Energie (Halle 5, D126) zu sehen. (pq)