E-Auto lädt sich mittels Folie selbst – zum Teil
Die Abteilung für neue Energietechnologien und Nanomaterialien (Liten) der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie CEA hat einen fahrzeugintegrierten Photovoltaik-Prototyp entwickelt, der mit jedem aufladbaren Elektrofahrzeug verwendet werden kann. Das neuartige elastische, magnetische 145-Watt-Solarmodul auf einer Folie mit einem MPPT-Laderegler (Maximum Power Point Tracking) enthält eine Batterie und einen Mikro-Wechselrichter, mit dem die gespeicherte Energie ins Netz eingespeist werden kann, wenn das Fahrzeug aufgeladen wird.
Mit Ladefolie schneller geladen – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
Der Prototyp stellt eine nicht-intrusive Lösung dar, die mit jedem aufladbaren Fahrzeug kompatibel ist und ein anpassungsfähiges PV-Panel, eine Batterie und eine elektronische Schnittstelle umfasst. Längerfristig soll es möglich sein, das Fahrzeug teilweise direkt durch die Sonne aufzuladen. Die an einem Renault Zoé getesteten Daten zeigen, dass bei sehr sonnigen Tagen bis zu 4 Kilometer pro Tag gewonnen werden können (Beispiel für einen Tag im Juli 2022 in Bourget-du-Lac (Savoyen), mit einer Solaranlage von 145Wp und einem Verbrauch von 150Wh/km). Künftige Datenerhebungen über mehrere Monate und mehrere Fahrzeuge werden es ermöglichen, den Beitrag in Sonnenkilometern genau zu quantifizieren, der von unseren Forschern auf 800 zusätzliche Autonomiekilometer pro Jahr geschätzt wird (für eine Solaranlage mit einer Leistung von 145Wp). Ziel dieser Demonstration ist es, das Interesse der Hersteller in der Branche an einer integrierten und optimierten Lösung für die Stromversorgung der Hauptbatterie des Fahrzeugs zu wecken.
Mit der zunehmenden Einführung von Elektrofahrzeugen steigt auch das Interesse an der Verbesserung der Autonomie durch zusätzliche Solarstromquellen. Ein großer Teil des Fahrzeugbestands ist nämlich entweder mobil oder stationär und befindet sich die meiste Zeit des Tages im vollen Sonnenlicht. Diese Anwendung der Solarenergie, die als VIPV (Vehicle Integrated PhotoVoltaics) bezeichnet wird, wird derzeit von zahlreichen Industrie- und Forschungsteams untersucht, insbesondere im Hinblick auf die Herstellungsverfahren und die Integration der Photovoltaik in die Fahrzeugkarosserie sowie die Messung der erreichbaren Leistung. Studien, die die gesamte Aufladekette (von der Solarproduktion bis zur Nutzung im Fahrzeug) abdecken, sind weniger verbreitet.
Den Liten-Berechnungen zufolge könnte ein solches Kit die Reichweite des Demonstrationsfahrzeugs um 800 km pro Jahr erhöhen und die Häufigkeit des Aufladens um 14 % reduzieren, was für viele Anwendungen nicht zu unterschätzen ist. Zur Veranschaulichung: In Frankreich sind laut der Erhebung 2019 zur persönlichen Mobilität des Ministeriums für den ökologischen Übergang und den territorialen Zusammenhalt 35,7 % der Fahrten zwischen Wohnung und Arbeitsplatz weniger als 5 km entfernt (d. h. 10 km Hin- und Rückfahrt).
Das System muss leicht ein- und ausbaubar und mit allen aufladbaren Fahrzeugtypen kompatibel sein. Es sollte schließlich die Antriebsbatterie des Fahrzeugs direkt versorgen, mit minimalen Verlusten zwischen der Solarstromerzeugung und der in der Batterie gespeicherten Energie. Diese für die Entwicklung des Bausatzes erforderlichen weiteren Schritte müssen mit den entsprechenden Herstellern entwickelt werden.
Für den Prototyp des Bausatzes hat das CEA ein spezielles Photovoltaik-Panel mit einer Leistung von 145 Wp, eine magnetische Rückwand und ein mechanisches Design entwickelt, das es ermöglicht, es auf jeder Metallkarosserie anzubringen. Die Elektronik besteht aus einem MPPT-Laderegler, der mit einer Batterie und einem Mikro-Wechselrichter verbunden ist, mit dem die gespeicherte Energie in das Netz eingespeist werden kann, wenn das Fahrzeug wieder aufgeladen wird. In diesem Entwicklungsstadium erlaubt der Bausatz nicht die direkte Stromversorgung der Hauptbatterie, was das eigentliche Ziel ist. Da das System nicht in das Fahrzeug eingreift, kann es an alle wiederaufladbaren Modelle angepasst werden. Der Bausatz soll auf dem Dach eines Fahrzeugs angebracht werden und die Antriebsbatterie des Fahrzeugs direkt versorgen.
„Unseren Berechnungen zufolge könnte ein solches Kit die Reichweite des Demonstrationsfahrzeugs um 800 Kilometer pro Jahr erhöhen und die Häufigkeit des Aufladens um 14 Prozent reduzieren, was für viele Anwendungen nicht zu unterschätzen ist“, so die Wissenschaftler. „Zur Veranschaulichung: In Frankreich sind laut der Erhebung zur persönlichen Mobilität 2019 des Ministeriums für ökologischen Wandel und territorialen Zusammenhalt 35,7 Prozent der Fahrten zwischen Wohnung und Arbeitsplatz weniger als 5 Kilometer entfernt.“
Der Prototyp-Bausatz besteht aus einem 145-Watt-Photovoltaik-Solarmodul, einer magnetischen Rückwand und einem MPPT-Laderegler. Er enthält auch eine Batterie und einen Mikro-Wechselrichter, mit dem nun die gespeicherte Energie in das Netz eingespeist werden kann, wenn das Fahrzeug aufgeladen wird. „Die mit einem Renault Zoé getesteten Daten zeigen, dass bei sehr sonnigen Tagen ein Gewinn von bis zu 4 Kilometern pro Tag möglich ist“, so das Forschungsinstitut.
CEA Liten beabsichtigt, die VIPV-Technologie mit Unterstützung nicht näher genannter relevanter Hersteller zu entwickeln. „In diesem Entwicklungsstadium erlaubt der Bausatz nicht, die Hauptbatterie direkt mit Strom zu versorgen, was das eigentliche Ziel ist“, heißt es. „Das System wird nicht in das Fahrzeug eingebaut, so dass es an alle aufladbaren Modelle angepasst werden kann.“
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