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Schneller laden mit Gleichstrom

Mobilität der Zukunft
Sicher und schneller laden mit Gleichstrom

In Zusmarshausen bei Augsburg wurde vergangenen August die größte und innovativste Ladestation für Elektroautos in Europa eröffnet. Für den Ladepark hat der Verbindungstechnikspezialist Lapp eine Sonderleitung entwickelt, die auf Gleichstrom-Technik basiert. Die direkte Nutzung von DC-Ladetechnik spart fast ein Viertel an bisherigen Umwandlungsverlusten.

» Irmgard Nille, freie Journalistin im Auftrag der U.I. Lapp GmbH, Stuttgart

Der Sortimo-Innovationspark Zusmarshausen (SIZ) befindet sich an der Autobahn A8 zwischen München und Stuttgart. In der ersten Ausbaustufe wurden 72 Ladepunkte in Betrieb genommen, im Endausbau soll der Park über 144 Ladepunkte verfügen. Neben der Möglichkeit zur Beladung von E-Fahrzeugen bietet der SIZ seinen Besuchern auf rund 35.000 m² Fläche attraktive Rast- und Einkaufsmöglichkeiten, um die Wartezeit angenehm zu gestalten. Eine Besonderheit des Ladeparks ist: 60 der 72 Ladepunkte sind mit moderner Gleichstrom- (DC-)Ladetechnik ausgestattet. So können die Fahrzeuge schnell und unkompliziert beladen werden. Je nach Fahrzeug kann aus unterschiedlichen Leistungsstufen von 35 bis zu 475 kW gewählt werden. Der Ladevorgang dauert zwischen 15 und 45 Minuten. Für Tesla-Fahrer stehen zudem zwölf V3-Supercharger bereit. Ein ausgeklügeltes DC-Energieleitsystem bringt die gewünschte Ladeleistung an die Ladesäule des Kunden.

Sortimo-Innovationspark ist als DC-Energie-Hub für die Mobilität der Zukunft geplant

Der Standort ist als ein DC-Energie-Hub geplant, der möglichst schnell, effizient und vor allem regional erzeugten Strom und Leistung an den Elektromobilisten bringen soll.

„Die Deutschen müssten viel mehr Mut haben, in neue Technologien zu investieren. Mit der erhöhten Förderung von Elektrofahrzeugen in Deutschland erhoffe ich mir, dass die Elektromobilität als wichtiger Teil der Energiewende endlich stimuliert und beschleunigt wird“, erklärt Frank Steinbacher, Geschäftsführer und Gesellschafter von der eLoaded GmbH und Steinbacher-Consult. Er ist Ideengeber und Planer des Sortimo-Innovationsparks Zusmarshausen.

Bauherr und Investor ist die Sortimo Innovationspark Zusmarshausen GmbH.

„Am Standort können täglich bis zu 4.000 Autos aufgeladen werden“, rechnet Steinbacher vor: „Das entspricht, aufs Jahr gerechnet, einer Fahrleistung von über 400 Millionen Kilometern“. Dies sei jedoch nur der erste Schritt: Durch ihr modulares Aufbau- und Stromversorgungskonzept sind die 140 kW-Schnelllader ohne weitere Infrastruktureingriffe auf 475 kW erweiterbar.

Neue technische Lösungen lassen die Bauform für einen 140-kW-Ladepunkt aber auch auf die Größe eines derzeitigen Langsamladers mit 22 kW Leistung schrumpfen.

Optimale Überbrückung der Wartezeit im Sortimo-Ladepark mit Gastronomie, Shopping und Erholung

Auf dem Gelände des Sortimo-Innovationsparks sind neben Gastronomie, Café und kleinen Läden im nächsten Bauabschnitt auch Büros sowie elektroaffine Betriebe und Wirkungsstätten für Forschung und Innovation geplant. Jeder sollte die Zeit während des Ladens so optimal wie möglich nutzen können, heißt es. Auch ein Spaziergang in den renaturierten Rothauen ist möglich. Das Unternehmen investiert im ersten Schritt einen zweistelligen Millionenbetrag. Die weitere Entwicklung des Areals hänge auch davon ab, wie sich die Elektromobilität entwickele. Für Sortimo könnte sich die Investition bald amortisieren: Der Ladepark wird für den eigenen den Fuhrpark von Kunden genutzt, etwa auch den ÖPNV. 2021 ging die erste E-Schnellbusroute zwischen Zusmarshausen und der Stadt Augsburg an den Start. Der Energiebezug im Fahrplan wird dynamisch auf die tagesaktuelle erneuerbare regionale Erzeugung angepasst. Betreiber benötigen keinen Depotstandort oder kostenintensives Laden in der Nachtstunde. Auch für den Individualverkehr steht der Ladepark zur Verfügung.

Nutzung von regionaler PV-Energie

Bei Sortimo lädt man erneuerbaren Strom, vor allem aus einer regionalen Photovoltaikanlage. Die Energieverteilung ist über ein DC-Versorgungsnetz aufgebaut. Im Bereich Gleichstrom hat Frank Steinbacher die Stuttgarter Firma Lapp mit ins Boot geholt. Für das innovative Projekt hat Lapp eine DC-Sonderleitung entwickelt, mit der auch kurzfristig größere Leistung möglich ist und die parallel die Kontrolle der Wärmeentwicklung in der Leitung ermöglicht.

Hierfür hat der Hersteller den kompletten DC-Bus zum Anschluss der Ladestationen, einschließlich Hybrid-DC-Kabel zur Steuerung und Online-Überwachung entwickelt. Der Kabelaufbau ist sehr anspruchsvoll: Das speziell für eLoaded designte Kabel besteht aus einem Aluminiumleiter mit 630 mm2 Querschnitt. Die Aderisolierung ist strahlenvernetzt und besteht aus Polyethylen. Die Schirmung wird über spiralförmig über den Kern aufgetragene Kupferdrähte erreicht. Das Besondere: Der Aufbau wird ergänzt durch zwei Edelstahlrohre bestückt mit jeweils sechs Lichtwellenleitern. Diese dienen zur Temperaturmessung und schlagen Alarm, wenn die Temperatur an den Ladepunkten zu groß wird. Über den BUS wird dann gesteuert, wo alternativ entsprechend freie Ladekapazitäten zur Verfügung stehen. Der Außenmantel ist aus PVC gemäß der IEC-Norm 60502.

Umstellung von AC- auf DC-Ladetechnik senkt Umwandlungsverluste

Die Nutzung von Gleichstrom spielt bei den Projekten von eLoaded eine zentrale Rolle. „Wir wollen nicht mehr in der AC-Welt, sondern in der DC-Welt denken. Durch diese Umstellung sind allein 20 bis 25 Prozent Einsparung bei der Energieeffizienz möglich“, betont Steinbacher. Der Grund: Photovoltaik- und Windkraftanlagen sind reine DC-Erzeuger. Bei Gleichstrom fallen die Verluste weg, die heute bei der Umwandlung zwischen Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) und umgekehrt entstehen. Ein konsequent auf Gleichstrom ausgelegtes Energienetz käme auf einen Gesamtwirkungsgrad von 90 %– gegenüber heute 56 %.

Im Sortimo-Innovationspark wird die Energieverteilung exakt auf den Ladebetrieb abgestimmt. Das ausgeklügelte Energiemanagement hat aber nicht nur die Ladeprozesse im Blick, sondern auch die unmittelbar angebundene Produktion – nur so kann ein kosteneffizienter Betrieb zwischen Strommenge und Leistung realisiert werden. Den Schwerpunkt legt eLoaded auf die Reduzierung der Betriebskosten und eine multifunktionale Nutzung von Infrastruktur. Steinbacher ist davon überzeugt, „wer Energie und die damit verbundene Infrastruktur möglichst vielseitig und flexibel nutzen kann, realisiert erhebliche finanzielle Vorteile gegenüber Insellösungen. Die Kapazität des Innovationsparks erspart etwa 30 Mio. Liter Kraftstoff und 60.000 Tonnen klimaschädliches Kohlendioxid (CO2) pro Jahr allein auf Grund der darüber abwickelbaren Mobilität.

Vorteile von Gleichstrom-Nutzung

In Sachen Gleichstrom ist Lapp bei Kabeln in der Entwicklung aktiv und verfügt bereits über ein Leitungsportfolio für verschiedene Anwendungen. Darunter die Ölflex DC 100 mit neuer Farbcodierung der Adern nach der 2018 aktualisierten Norm DIN EN 60445 (VDE 0197):2018–02 für Gleichstromleitungen: rot, weiß und grün-gelb. Weitere Leitungen sind die Ölflex DC Servo 700 für stationäre und die Ölflex DC Chain 800 aus TPE für bewegte Anwendungen. Oder die erste DC-Roboterleitung Ölflex DC Robot 900 mit der Aderisolation aus TPE und dem Mantel aus PUR. Damit zählt das Unternehmen zu den Vorreitern bei der Entwicklung von Leitungen für Niederspannungs-Gleichstromnetze für industrielle Anwendungen.

Gleichzeitig ist Lapp im Forschungsprojekt DC-Industrie2 geförderter Partner und erforscht die Langzeitstabilität von Isolationsmaterialien für Kabel und Leitungen. Denn Lapp und die TU Ilmenau haben in Versuchen herausgefunden, dass die Isolationsmaterialien im Gleichspannungsfeld ein anderes Alterungsverhalten zeigen als in einem Wechselspannungsfeld. „Wir sehen in Gleichstrom große ökonomische Chancen. Nicht nur für die Automotive- und Prozessindustrie. Viele Verbraucher sind schon heute Gleichstromverbraucher. Durch die Reduzierung von Umwandlungsverlusten steigern wir die Effizienz. Durch den Wegfall der Umrichter brauchen wir weniger Komponenten und damit weniger Platz. Regenerative und dezentrale Energiequellen können leichter integriert werden. Auch die Rückspeisung von Bewegungsenergie erfolgt über DC. Der E-Motor wird zum Generator“, listet Guido Ege, Leiter Produktmanagement und Produktentwicklung bei der U.I. Lapp GmbH, die Vorteile auf.

Kontakt:
U.I. Lapp GmbH
Schulze-Delitzsch-Straße 25
70565 Stuttgart
www.lappkabel.de


Im Überblick

Mit der Nutzung von Gleichstrom (DC) reduzieren sich Umwandlungsverluste, was die Effizienz steigert und Komponenten reduziert. Der E-Motor wird so zum Generator.

Industrieanzeiger
Titelbild Industrieanzeiger 19
Ausgabe
19.2021
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