Solare E-Mobilität: Elektro-LKW mit integrierter Photovoltaik on the Road

Elektro-LKW mit Solardach — Die in den Kofferaufbau integrierten Solarmodule nutzen das gesamte Dach des LKWs vollständig aus. (Bildquelle: © Fraunhofer ISE)

Forscher des Fraunhofer ISE entwickelten gemeinsam mit Industriepartnern ein Hochvolt-Photovoltaik-System, das sie in das Dach eines elektrischen LKW integrierten. Ein 18-Tonnen-LKW mit 3,2 kW Peak PV-Anlage bestand nun den Praxistest.

20.02.2023 – Fahrzeugintegrierte Photovoltaik ist besonders für elektrisch betriebene Fahrzeuge eine ideale Möglichkeit, um autark vom Netz Solarstrom zu ernten und gleichzeitig CO₂ einzusparen. Im Forschungsprojekt „Lade-PV“ entwickelte das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit Industriepartnern ein Hochvolt-Photovoltaik-System, das sie in das Dach eines elektrischen LKW integrierten.

Das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI erstellte dazu einen digitalen Zwilling für umfassende Energieprognosen des Nutzfahrzeuges. Nach 12 Monaten im Einsatz für das Logistikunternehmen Alexander Bürkle GmbH zeigt sich nun: der 18-Tonnen-LKW und seine 3,2 Kilowatt Peak Photovoltaikanlage bestehen den Praxistest.

Das Nutzfahrzeug mit integriertem Hochvolt-Photovoltaik-System und Einspeisung in die 800 Volt Traktionsbatterie ist von TÜV und DEKRA für den Straßenverkehr zugelassen. Für die Alexander Bürkle GmbH war der E-LKW ein Jahr im Freiburger Umland im Einsatz und wurde dabei regelmäßig überprüft, um die Stromerträge zu messen und die Komponenten unter Realbedingungen zu überwachen.

„Wir freuen uns, dass sich der Aufbau des PV-Systems schlussendlich als so zuverlässig erwiesen hat“, sagt Marc Andre Schüler, Projektleiter am Fraunhofer ISE. „Die PV-Module in Leichtbauweise kombiniert mit einer hoch-kompakten Leistungselektronik sind besonders geeignet für den Lastenverkehr, bei dem jedes eingesparte Kilo hilft, den Stromverbrauch zu reduzieren und die Nutzlast zu erhalten.“

Prüfung unter Realbedingungen

Berechnungen des Fraunhofer IVI mit dem Energieprognosemodell »IVImon« gingen davon aus, dass der am Fahrzeug produzierte Solarstrom bis zu 25 Prozent an Sommertagen und im Jahresdurchschnitt bis zu 13 Prozent des LKW-Energiebedarfs decken würden. Dies konnte durch eine Referenzmessung am E-LKW nachgewiesen werden, wenn das Ladeverhalten entsprechend optimiert war. „Um das Maximum herauszuholen, ist es wichtig, die Batterie an der E-Ladestelle erst gegen Abend anzuschließen, während das Fahrzeug mittags zuerst einmal Sonne tanken durfte“, erläutert Stephan Möllinger, Leiter Dezentrale Logistik der Bürkle GmbH.

Die vom Fraunhofer ISE entwickelten, besonders leichten und robusten PV-Modul-Prototypen baute die Sunset Energietechnik GmbH. Die TBV Kühlfahrzeuge GmbH integrierte die Module dann in den Kofferaufbau eines Framo-Elektro-LKW, der als erstes Demonstrator-Fahrzeug dient.

Genau wie die PV-Module wurde auch die Leistungselektronik an die Anforderungen des Nutzfahrzeugs angepasst. Der Projektpartner M&P motion control and power electronics GmbH entwickelten einen Gleichstromsteller, der via CAN-Bus mit der Fahrzeugsteuerung kommuniziert und im Sicherheitskonzept des Fahrzeugs eingebunden ist. Der Photovoltaikstrom vom Dach wird so direkt in das Bordnetz des E-LKWs eingespeist.

Sicheres Strommanagement dank Trennungsvorrichtung

Damit die Stromerträge hoch aber Material- und Verkabelungsaufwand niedrig sind, sollten die Solarmodule im Dach in Serie verschaltet sein. Die dadurch entstehenden Spannungen von bis zu 400 Volt könnten bei einem Unfall ein Sicherheitsrisiko darstellen. Um dieses Risiko zu unterbinden, hat das Fraunhofer ISE eine Trennungsvorrichtung entwickelt. Sie sitzt in der Anschlussdose jedes PV-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 Sicherheitskleinspannungen vor.