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Strom unterwegs erzeugt: E-Lkw produzieren ihren Strom selbst

Elektro-Lkw können Solarstrom, mit dem sie fahren, auf dem Dach erzeugen und fünf Prozent Energie sparen. © Schnitzler Werbung Freiburg GmbH
Elektro-Lkw können Solarstrom, mit dem sie fahren, auf dem Dach erzeugen und fünf Prozent Energie sparen. © Schnitzler Werbung Freiburg GmbH

| Kira Crome |

Rund ein Viertel der Emissionen im Verkehr gehen auf das Konto großer Laster und Sattelzüge. Die Elektromobilität macht Lkw zu klimafreundlichen Stromern. Noch aber sind Reichweite und lange Ladezeiten eine Herausforderung für die Streckenplanung. Solarmodule auf dem Lkw-Dach könnten das Problem lösen. Wie das funktionieren kann, erforschen Wissenschaftler im Projekt Lade-PV.

Noch fahren schwere Lkw bevorzugt mit fossilen Brennstoffen. Sie erzeugen allein rund ein Viertel der Treibhausgasemissionen, die im Verkehr entstehen – Tendenz steigend. In den kommenden drei Jahrzehnten werden sich die Emissionen des Straßengüterverkehrs mehr als verdoppeln, prognostizieren Verkehrsforscher. Elektroantriebe, die Verbrenner ersetzen, können dazu beitragen, die Klimabelastung des Schwerlastverkehrs zu mindern und die Energiewende voranzutreiben. Forschung und Entwicklung arbeiten an Konzepten und Demonstrationsfahrzeugen, um die Reichweiten zu vergrößern und Ladezeiten zu verkürzen.

So werden beispielsweise an zwei Autobahnabschnitten auf der A 1 bei Lübeck und der A 5 zwischen Frankfurt und Darmstadt Elektro-Lkw an die lange Leine genommen: Auf den Teststrecken können Lkw, die mit entsprechenden Auslegern ausgestattet sind, während der Fahrt Strom aus Oberleitungen beziehen und ihre Akkus aufladen. Das System beschränkt sich nicht nur auf reine Elektro-Lkw, sondern funktioniert auch mit Hybriden. Im Demonstrationsprojekt „RouteCharge“ aus dem Technologieprogramm „IKT für Elektromobilität III“ wird erprobt, wie sich auf einer Pendelstrecke zwischen Berlin, Magdeburg und Peine die Ladezeiten verkürzen lassen: Statt die leergefahrenen Akkus des speziell entwickelten 19-Tonners samt Anhänger aufzuladen, werden die Batterien an drei Wechselstationen ausgetauscht. Die Batteriewechselstationen sind in ein Virtuelles Kraftwerk eingebunden und tragen als Energiespeicher neben der Strombereitstellung dazu bei, das Stromnetz zu stabilisieren.

Fahrzeugintegrierte PV: E-Lkw erzeugen den Strom, der sie antreibt

Neben Stromschienen und Wechselbatterien tüfteln Wissenschaftler derzeit an einer weiteren Variante. Im Verbundprojekt „Lade-PV“ wollen sie Elektro-Lkw zum Strom erzeugenden Kraftwerk machen – mithilfe von PV-Modulen. „Auf Lkw findet sich viel Platz in bester Sonnenlage, bei elektrischem Antrieb sind auch große Batterien verfügbar. Eine ideale Situation, um mit Photovoltaik wertvolle on-board-Energie und damit Reichweite zu gewinnen, und das 100 Prozent erneuerbar“, erklärt Harry Wirth, Bereichsleiter Photovoltaik-Module und Kraftwerke am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE. An dem Pilotprojekt sind vier Industrieunternehmen und ein weiteres Fraunhofer Institut beteiligt.

Im ersten Entwicklungsschritt widmen sich die Wissenschaftler den PV-Modulen: Um auf einem Lkw-Dach in voller Fahrt Solarenergie wandeln zu können, müssen sie leicht und robust sein. Sie sollen nicht schwerer als 2,6 Kilogramm pro Quadratmeter sein, starke Vibrationen aushalten und Scherkräften widerstehen. Dabei sollen sie einen Nutzungsgrad von mehr als 90 Prozent erreichen. Außerdem ist ein spezielles Design erforderlich, um die PV-Module auf dem Fahrzeugdach anzubringen und dabei die maximale Höhe nach Straßenverkehrsordnung einzuhalten.

Fünf Prozent der Antriebsenergie aus selbst erzeugtem Sonnenstrom

Mit der Technologie sollen Elektro-Lkw über fünf Prozent ihrer Antriebsenergie durch Solarenergie abdecken können. „4.000 bis 6.000 Kilometer zusätzliche Reichweite pro Jahr sind rechnerisch möglich“, erklärt Christoph Kutter, Projektleiter am Fraunhofer ISE. Die enormen Kostensenkungen bei den PV-Modulen der letzten Jahre machen die Nutzung von Solarenergie im Fahrzeugbereich als Ersatz für fossile Brennstoffe zunehmend attraktiver. Eine Ertragsanalyse für die Stromversorgung von Nutzfahrzeugen durch Solarenergie des Instituts aus dem Jahr 2017 belegt, dass die erneuerbare Selbstversorgung die Kosten für Dieselkraftstoff deutlich reduzieren kann. Für die Wirtschaftlichkeitsberechnung wurde das solare Einstrahlungspotenzial auf Kühl-Aufliegern, die mit speziellen Sensoren ausgestattet wurden, im realen Logistikbetrieb über ein halbes Jahr gemessen und ausgewertet. Die 40-Tonner-Gespanne waren auf ihren üblichen Routen in den USA und Europa – von Prag nach Mallorca, von Paris nach München – unterwegs. „Wir gehen auf Grund unserer Berechnungen davon aus, dass zum Beispiel ein 40 Tonnen schwerer Kühl-Auflieger mit einer Dachfläche von 36 Quadratmetern mit PV-Modulen ausgestattet, die eine Nennleistung von sechs Kilowatt haben, bis zu 1.900 Liter Diesel pro Jahr einsparen kann“, erklärt Matthieu Ebert, Teamleiter Moduleffizienz und neue Konzepte am Fraunhofer ISE.

Die Prototypen sollen an einem Demonstrations-Elektro-Lkw im zweiten Entwicklungsschritt im realen Einsatz getestet werden. Zwei Anwendungsfälle werden entwickelt: für eine nachträgliche Montage auf dem Dach und eine Vollintegration in die Fahrzeughülle. Würden die PV-Module in die Dachfläche voll integriert, spare das zusätzliche Kosten für Rahmung und Material, schätzen die Wissenschaftler. Um die Module an das elektrische System des Lkws anzubinden, wollen die Forscher mit neuen Halbleitertechnologien experimentieren, die mit hohen Taktfrequenzen arbeiten und dadurch kleiner ausgeführt werden können. Entsprechend müsse auch die Aufbau- und Verbindungstechnik der Leistungselektronik sowie das thermische Management der Komponenten angepasst werden, erklärt Kutter. Beabsichtigt sei, das Energiemanagementkonzept so zu konzipieren, dass auch eine Anbindung an nicht Elektro-LKW sinnvoll sein kann.

Test im Realbetrieb geplant

Der Demonstrations-Elektro-LKW soll bei einem Elektrogroßhändler im täglichen Verteilerbetrieb im Freiburger Umland getestet werden. In einer Messkampagne soll das Einstrahlungspotenzial der gefahrenen Routen erhoben und die PV-Module unter realen Bedingungen im Praxistest geprüft werden. Abschließend wollen die Forschungspartner einen Fertigungsprozessablauf für die Herstellung der PV-Module entwickeln, die Fertigungskosten analysieren und die Wirtschaftlichkeit für Anwender bilanzieren.