Das Bahnnetz unterscheidet sich vom Stromnetz durch seine Frequenz von 16,7 Hertz – zudem wird es nur einphasig betriben. Der vom Projektpartner Vensys Elektrotechnik entwickelte Zentralwechselrichter verfügt über eine Leistung von zwei Megawatt und ist in zwei symmetrische mit je einem Megawatt aufgeteilt. Im sogenannten Multi-Megawatt-Labor des Fraunhofer ISE wurde ein Wirkungsgrad von 96,6 Prozent gemessen – inklusive Eigenverbrauch.
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Das Fraunhofer ISE entwickelte zudem Regelungen für den netzbildenden Betrieb der Umrichter. Für den Netzanschluss wurden verschiedene Varianten untersucht: Kleinere Anlagen bis fünf Megawatt könnten direkt in die Oberleitung einspeisen, mittlere Anlagen bis zwölf Megawatt über Sammelschienen in Unterwerken. Für große Anlagen bis 40 Megawatt wäre ein eigenes Unterwerk mit Trafo und Schaltanlage erforderlich.
Großes Potenzial für Solar entlang der Bahnstrecken
Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts war die Analyse geeigneter Flächen entlang der Bahnstrecken. Das Team identifizierte bundesweit Flächen im Umkreis von zwei Kilometern um Bahn-Unterwerke und simulierte deren Potenzial. Ergebnis: Eine installierbare Nennleistung von 37,6 Gigawatt und ein potenzieller Stromertrag von 32,9 Terawattstunden pro Jahr.
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Zum Vergleich: Der Strombedarf für den Zugbetrieb im Bahnstromnetz lag 2023 bei rund 7,5 Terawattstunden. „Ein relevanter Teil des Energiebedarfs im Bahnstromnetz könnte durch Photovoltaik abgedeckt werden, denn das PV-Flächenpotenzial längs der Bahnstrecken ist um ein Vielfaches höher als die Menge an Energie, die im Bahnstromnetz gebraucht wird“, sagt Andreas Hensel, Projektleiter PV4Rail am Fraunhofer ISE.
Regulatorische Hürden bremsen Umsetzung
Bislang gibt es in Deutschland keine Solaranlagen, die direkt ins Bahnstromnetz einspeisen. In Österreich hingegen wurden bereits mehrere Anlagen mit mehr als zehn Megawatt Leistung in Betrieb genommen. Die Deutsche Bahn stellt jedoch besondere Anforderungen an die Wechselrichtertechnik: Nur spannungseinprägende Wechselrichter sind mit der Leit- und Sicherungstechnik kompatibel. Dieses Verhalten wurde im Projekt bereits in einer Simulationsumgebung getestet und könnte in einem Folgeprojekt weiterentwickelt werden.
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Die Deutsche Bahn betreibt ein eigenes Stromnetz mit rund 8.000 Kilometern Länge. Derzeit sind dort Erzeugungsanlagen mit einer Leistung von etwa 2 GW installiert, vor allem konventionelle Kraftwerke und Wasserkraftwerke. Die direkte Einspeisung von Solarstrom könnte ein wichtiger Baustein für die Dekarbonisierung des Bahnstroms werden – vorausgesetzt, regulatorische und technische Hürden werden überwunden. (nhp)
