OptiCharge: Autarke Solarstrom-Tankstelle mit neuer Batterie-Speicher-Technik

Die Universität des Saarlandes arbeitet zusammen mit Kooperationspartnern an einer neuen Solar-Tankstelle für Elektroautos, die sich in Kombination mit einer Photovoltaikanlage und einem neuartigen elektrochemischen Speicher zu 100 Prozent selbst mit Strom versorgt und regenerativ arbeitet. Opti Charge wird die in einem Container installierte Testanlage genannt. Das Testgelände selbst ist so groß wie ein Autoparkplatz und soll in Burbach entstehen. Das Herzstück der neuen Anlage ist der elektrochemische Speicher in der Form einer Vanadium-Redox-Batterie. Verschiedene Messdaten und eine zentrale Steuerung sowie die Berücksichtigung des Wetters sollen dazu beitragen, dass die Anlage eine optimale Verwertung der Solarenergie erreicht.

Neuartige und sehr effiziente Solartankstelle für Elektroautos

„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 Harald Natter vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie und Leiter der Arbeitsgruppe OptiCharge. Zusammen mit der Technischen Universität Kaiserslautern und dem Unternehmen Schmid Energy Systems GmbH sowie der IZES gGmbH arbeiten die Experten gemeinsam an der Solar-Tankstelle der Zukunft. Das Besondere an der OptiCharge ist der im Inneren schlummernde neuartige Batteriespeicher.

Die erneuerbaren Energien für Flauten zwischenspeichern zu können ist nach wie vor eine technologische Herausforderung, vor allem dann wenn die Strommassen ein gewisses Level erreicht haben.

Bei der OptiCharge-Tankstelle kommt eine Vanadium-Redox-Batterie zum Einsatz, die bis zu 50 elektrochemische Zellen innehat, die wiederum in einem Zellenstack hintereinandergeschaltet werden. Interessant ist dabei, dass jede einzelne Zelle aus zwei getrennten Elektrodenräumen besteht. Als „Trenner“ kommt eine ionenleitende Membran zur Geltung. Die Elektrodenräume selbst sind zusätzlich mit einem Kohlefaservlies bestückt, während der Zellenstack eine Verbindung mit zwei Tanks eingeht. Die Tanks sind mit einer wässrigen Lösung gespeist, in der Vanadium-Ionen enthalten sind. Die Wertigkeit der Ionen variiert dabei. Harald Natter erklärt die Funktionsweise der Batterie wie folgt: „Wird Solarstrom an die Batterie angelegt, so wechseln die Vanadium-Ionen ihre Oxidationsstufe“.

Dabei werden 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, läuft der Vorgang in der umgekehrten Richtung ab. Auf diese Weise kann elektrische Energie in den Vanadiumlösungen gespeichert und in den beiden Tanks gelagert werden. Schreibt die Uni zum Projekt.

Die Technik ist hochkomplex. Redox-Flow-Batterien kommen bereits bei der Speicherung von Wind- und Wasserkraft bedingt zum Einsatz. Für die Speicherung von Solarenergie zum Betrieb einer autarken Solartankstelle gab es bisher allerdings noch keine Verwendung. Da die Technik vielversprechend aber auch sehr umfangreich ist, wurden die Aufgabenfelder auf die einzelnen Kooperationspartner verteilt. Die gesamte Anlage wird über einen Zentralrechner gesteuert. Für das Lademanagement ist beispielsweise die TU Kaiserslautern zuständig.