Skip to main content
main-content
Top

08-09-2015 | Automobil + Motoren | Nachricht | Article

Projekt OptiCharge entwickelt eine autarke Solartankstelle

Author:
Angelina Hofacker
3:30 min reading time

Eine Tankstelle für Elektrofahrzeuge, die zu hundert Prozent regenerativ und autark arbeitet: An einer solchen Pilotanlage arbeiten die Kooperationspartner im Projekt OptiCharge. Gelingen soll dies mithilfe einer Photovoltaikanlage in Kombination mit einem elektrochemischen Speicher.

"Die Testanlage wird in einem Container installiert, dessen Dach mit Solarzellen ausgestattet ist. Im Inneren befindet sich eine elektrochemische Batterie, die die Sonnenenergie zwischenspeichert und als Ladestation mit zwei Steckdosen für Elektrofahrzeuge fungiert", erklärt Dr. Harald Natter vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Universität des Saarlandes. Natter leitet die Arbeitsgruppe der Saar-Universität im Projekt OptiCharge. Am Projekt, das am 1. August 2015 gestartet ist und eine Laufzeit von drei Jahre hat, sind zudem die Technische Universität Kaiserslautern sowie die Unternehmen Schmid Energy Systems aus Freudenstadt und Izes aus Saarbrücken beteiligt.

Elektrochemischer Speicher als Herzstück

Herzstück der Anlage soll ein elektrochemischer Speicher sein: eine Vanadium-Redox-Batterie. Bis zu 50 elektrochemische Zellen sollen dabei in einem so genannten Zellenstack hintereinandergeschaltet werden. Wie die Forscher der Saar-Universität erklären, besteht jede Einzelzelle aus zwei getrennten Elektrodenräumen, die durch eine ionenleitende Membran getrennt werden. Die Elektrodenräume enthalten den Wissenschaftlern zufolge ein spezielles Kohlefaservlies. Der Zellenstack sei mit zwei Tanks verbunden, die wässrige Lösungen mit Vanadium-Ionen verschiedener Wertigkeitsstufen enthalten.

"Wird Solarstrom an die Batterie angelegt, so wechseln die Vanadium-Ionen ihre Oxidationsstufe", erläutert Natter die Funktionsweise der Batterie. Dabei werden laut Natter beim Ladevorgang Vanadiumionen an der Anodenseite oxidiert (V4+-Ionen wechseln ihre Oxidationsstufe zu V5+) und an der Kathodenseite reduziert (V3+-Ionen wechseln ihre Oxidationsstufe nach V2+). Bei der Energieentnahme, also beim Laden der Fahrzeuge, laufe der Vorgang in der umgekehrten Richtung ab. Auf diese Weise soll elektrische Energie in den Vanadiumlösungen gespeichert und in den beiden Tanks gelagert werden können. Bereits heute werden Redox-Flow-Batterien für verschiedene Zwecke eingesetzt, auch für die Speicherung von Wind- und Wasserkraft. Die Anwendung als Ladestation für Elektrofahrzeuge ist allerdings Natter zufolge neu.

Arbeitsteilung im Verbundprojekt

Innerhalb des Projekts entwickelt die TU Kaiserslautern ein Lademanagement-System, also eine Software, die die Arbeit der Batterie kontrolliert. Dabei sollen auch eingehende Wetterdaten berücksichtigt werden, sodass sichergestellt werden könne, dass bei erwartetem Sonnenschein genügend freier Speicher zur Verfügung steht. Bei der Integration der Steuersoftware in die Testanlage werden die Kaiserslauterner Wissenschaftler von der Forschungsgruppe Technische Innovationen der Firma Izes unterstützt, die das Vorhaben auch koordiniert. Das Prototypensystem der Anlage habe die Firma Schmid entwickelt, allerdings ohne Solarzellen und mit Standardkomponenten. Diese Komponenten zu optimieren, hat sich die Arbeitsgruppe der Saar-Universität zum Ziel gesetzt. Dabei soll vor allem die Beschaffenheit des Kohlevlieses, an dem der Elektronenaustausch stattfindet, verbessert werden. "Wir wollen die fein verästelte Kohlefaser-Oberfläche weiter vergrößern und zusätzlich Katalysatoren aufbringen", erläutert Natter.

State-of-Charge-Sensor

Darüber hinaus arbeiten Natter und sein Team an der Entwicklung einer neuartigen Ladezustandsanzeige (State-of-Charge-Sensor). Diese soll mittels einer spektroskopischen Analytik funktionieren, die die Menge einer bestimmten Ionenspezies ermittelt. "Sind viele V5+-Ionen vorhanden, ist die Batterie geladen, gibt es viele V4+-Ionen, ist sie entladen", erläutert der Saarbrücker Forscher das Prinzip. Um die Ionen-Mengen zu ermitteln, sollen kleine Proben der wässrigen Lösung in eine Küvette abgepumpt werden, die von einer Laserlichtquelle und von UV-Strahlung durchstrahlt wird. Ein Detektor registriert charakteristische Peaks, deren Höhe und Form mit der Menge bestimmter Ionen-Spezies korreliert und mit einem mathematischen Auswertealgorithmus in eine Konzentration übersetzt werden kann. Auf diese Weise soll sich der Ladezustand permanent online erfassen lassen.

Mit dem Aufbau der Pilotanlage auf dem Burbacher Gelände der Firma Izes soll in Kürze begonnen werden. Die Steuerung der gesamten Anlage soll ein Zentralrechner übernehmen, der die Daten über eine Mobilfunkleitung von der Ladestation empfängt. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Verbundvorhaben OptiCharge mit insgesamt 1,6 Millionen Euro.

Background information for this content

Premium Partner

    Image Credits