Frische Energie vom Dach

Die Kraft der Sonne dank Photovoltaik (PV) direkt im Fahrzeug zu nutzen, ist keine neue Idee: Erste Solarschiebedächer gab es im Pkw-Bereich bereits vor rund 20 Jahren. Allerdings war die Technik damals längst nicht so leistungsstark und effizient wie heute – die Energieausbeute reichte bestenfalls aus, um das Auto im Stand zu belüften und etwas zu kühlen. Heute kann fahrzeugintegrierte Photovoltaik, kurz: VIPV für „Vehicle-Integrated Photovoltaics“, viel mehr und eignet sich unter anderem auch für Trailer und Kühlaufbauten. Bei einer konsequenten Nutzung trägt sie dazu bei, die Reichweite von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen zu steigern und die CO2-Bilanz von Nutzfahrzeugflotten zu verbessern. Die Potenziale sind beachtlich: „Würde jeder Lkw in Deutschland mit einem Solardach ausgestattet, wäre im Optimalfall eine installierte Leistung von acht Gigawatt“, schildert Christoph Kutter, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE.

Die am Fraunhofer ISE entwickelten Leichtbaumodule eignen sich besonders für Kofferaufbauten mit ihren großen Dachflächen. Die Anforderungen an VIPV-Module im Nutzfahrzeug sind hoch: Sie sollen einen Flächennutzungsgrad von mehr als 90 Prozent erreichen und gleichzeitig vibrationsstabil, scher- und biegeresistent sowie montagefreundlich sein. Ihr Gewicht ist laut Projektplan auf höchstens 2,6 Kilogramm pro Quadratmeter beschränkt. „Leichte PV-Module sind unverzichtbar für die Praxistauglichkeit der Lösung, um die Nutzlast nicht einzuschränken“, schildert Kutter weiter.

Neben der höheren Fahrzeugreichweite sprechen weitere Vorteile für die Entwicklung: Die Entlastung des Stromnetzes und der Ladeinfrastruktur zählt ebenso dazu wie Kosteneinsparungen beim Bezug von Ladestrom. Bei Kühl-Lkw kann die PV-Energie auch genutzt werden, um die Ladung elektrisch zu kühlen. Dadurch lässt sich die identische Leistung bei einem geringeren Einsatz des Kühlaggregats erzeugen – und der Dieselverbrauch sinkt. Die Integration der PV-Module in den Kühlkörper erfordert besonders leichte Module, um die thermische Isolation nicht zu beeinträchtigen.

Das vom Fraunhofer ISE erarbeitete Konzept ermöglicht den flächendeckenden Einsatz von integrierten PV-Modulen an Elektro- und anderen Nutzfahrzeugen (über 3,5 Tonnen Gesamtgewicht). Ein erstes Demonstrationsfahrzeug, ein 18-Tonnen-E-Lkw, wird bereits bei der Alexander Bürkle GmbH & Co. KG im täglichen Verteilerbetrieb in Freiburger Umland getestet. Dabei wird die gesamte Dachfläche des Kofferfahrzeugs genutzt. An sonnigen Tagen kann die PV-Integration bis zu 30 Kilowattstunden Energie produzieren. In der begleitenden Messkampagne wird das Einstrahlungspotenzial der gefahrenen Routen erhoben, auch die Leistungsentwicklung und Stabilität der Module unter realen Bedingungen werden regelmäßig überprüft.

Die Erfahrungen sind bisher sehr positiv, die Technik hat sich als robust und zuverlässig erwiesen. „Wir wollen diese Technologie nicht nur entwickeln, sondern auch zeigen, dass Lkw über fünf Prozent ihrer Antriebsenergie durch Solarenergie abdecken können. 4.000 bis 6.000 Kilometer zusätzliche Reichweite pro Jahr sind rechnerisch möglich. Die VIPV wird sich für Hersteller und Betreiber solarer E-Nutzfahrzeuge lohnen“, ist Christoph Kutter weiter überzeugt. Bis zum Ende des Projekts im Jahr 2022 soll die Technologie so weit optimiert sein, dass sie in die Produktentwicklung überführt werden kann. Die Forscher erwarten Skalierungseffekte, die Solarzellen in der Nutzfahrzeugintegration nicht nur technisch und ökologisch, sondern auch wirtschaftlich hoch attraktiv machen.