Warum ist die Schiene eine interessante Richtung?
- eine große Zahl wiederkehrender Container eröffnet die Möglichkeit, Leistung zu skalieren, ohne zusätzliches Gelände zu belegen,
- Energie kann sowohl während der Fahrt als auch im Stand auf einem Abstellgleis oder Terminal entstehen,
- der Rahmen bleibt mit dem Container verbunden und kann die Ladung daher auf Straße, Schiene und See begleiten,
- Containerverbraucher, insbesondere Kühlung, Telematik und Überwachung, verbrauchen Energie unabhängig vom Antrieb der Lokomotive,
- das System kann stufenweise entwickelt werden: vom einzelnen Pilotcontainer bis zum ganzen Intermodalzug.
Werden ähnliche Richtungen bereits erforscht?
Forschung zu Photovoltaik an Schienenfahrzeugen konzentriert sich vor allem darauf, einen Teil des Bedarfs der Hilfsverbraucher zu decken, und nicht auf die direkte Versorgung der gesamten Traktion. Untersucht werden PV-Anlagen auf Wagen, lokale Energiespeicher, Bordgenerierung sowie die Betrachtung von Schienenfahrzeugen als verteilte Energieressourcen.
Das bestätigt nicht die Reife des Konzepts Solar Container, zeigt aber, dass die Richtung eine technische Grundlage für weitere Forschung hat.
Was unterscheidet Solar Container von Modulen auf dem Wagen?
In einem typischen Bahnprojekt wären die PV-Module an einen bestimmten Wagen oder ein Fahrzeug gebunden. Im Konzept Solar Container bleibt die Energiequelle Bestandteil des Containers. Derselbe Container kann Wagen, Sattelzugmaschine, Terminal und Verkehrsträger wechseln, und der Rahmen reist weiterhin mit der Ladung.
Das entscheidende Merkmal ist somit die Intermodalität: die Energie ist nicht einem einzelnen Fahrzeug zugeordnet, sondern einer mobilen Ladeeinheit.
Skalierung der Leistung auf 20'- und 40'-Containern
| Konfiguration | Anzahl Rahmen | PV-Nennleistung |
|---|---|---|
| 1 × 20'-Container | 1 | ca. 2,91 kWp |
| 1 × 40'-Container | 2 | ca. 5,82 kWp |
| 10 × 40'-Container | 20 | ca. 58,2 kWp |
| 20 × 40'-Container | 40 | ca. 116,4 kWp |
| 40 × 40'-Container | 80 | ca. 232,8 kWp |
Dies sind Werte der installierten DC-Leistung und keine garantierte, während der Fahrt verfügbare Leistung. Der tatsächliche Ertrag hängt von Tages- und Jahreszeit, Strecke, Wetter, Temperatur, Verschattung, Verschmutzung, der Zugänglichkeit der oberen Containerlage und den Verlusten des gesamten Systems ab.
Warum ersetzt das System die Traktionsenergie nicht?
Eine moderne Elektrolokomotive arbeitet im Megawattbereich. Zum Vergleich: die Plattform Vectron gibt es in Leistungsklassen von 5,2 bis 6,4 MW. Selbst 20 Vierzigfußcontainer mit je zwei Rahmen ergäben rund 116,4 kWp Nennleistung, also weniger als 2% von 6,4 MW, und die tatsächliche Momentanleistung läge meist darunter.
Dieser Vergleich verwirft das Konzept nicht. Er zeigt lediglich, dass das sinnvollste Ziel keine „sonnenbetriebene Lokomotive" ist, sondern die Übernahme eines Teils des Bedarfs der Hilfsverbraucher, die Versorgung der Container und das schrittweise Sammeln von Energie im Speicher.
Energieerzeugung während Fahrt und Stand
Die Energiequelle ist die Sonneneinstrahlung und nicht die Bewegung des Zuges. Die Rahmen können daher auf der Strecke, beim Warten auf ein Signal, im Stand auf einem Abstellgleis, bei der Zugbildung und bei Terminaloperationen arbeiten, sofern sie nicht verschattet sind und das System aktiv bleibt. Für ein belastbares Projekt braucht es ein Ertragsmodell auf Basis konkreter Relationen, Standzeiten, Ausrichtung und Saisonalität.
Drei Entwicklungsstufen des Konzepts
1. Energie für einen konkreten Container
Die einfachste und realistischste Variante. Zwei Rahmen auf einem 40'-Container arbeiten mit einem lokalen Wandler und einem kleinen Energiespeicher. Versorgt werden die zum Container gehörenden Geräte, ohne elektrische Verbindung zur Lokomotive und den übrigen Wagen.
2. Energie für einen Wagen oder eine Wagengruppe
Mehrere Container könnten Energie in einen gemeinsamen Puffer am Wagen oder in einem eigenen Energiemodul einspeisen. Ein solcher Aufbau könnte Telematik, Überwachung, Hilfseinrichtungen oder ladungsbezogene Verbraucher versorgen. Er erforderte sichere, schnelle Verbindungen, die bahnbetrieblichen Bedingungen und der Terminalabfertigung standhalten.
3. Unterstützung des Energiesystems des Zuges
Die anspruchsvollste Stufe sieht vor, Energie aus vielen Rahmen in einem zentralen Speicher zu bündeln und für Hilfseinrichtungen oder, nach Ausarbeitung der vollständigen Integration, für das Batteriesystem einer Hybrid- oder Elektrolokomotive zu nutzen. Diese Stufe erfordert die Zusammenarbeit mit Fahrzeughersteller, Betreiber, Infrastrukturbetreiber und Zulassungsstelle.
Wo könnte die Energie genutzt werden?
Kühlcontainer
PV könnte Kühlaggregate unterstützen oder einen Energiepuffer laden und damit einen Teil der Aggregatlaufzeit oder des Bezugs aus einer externen Quelle verringern. Die vollständige Deckung des Bedarfs hängt von Temperatur, Isolierung und dem Lastprofil des Verdichters ab.
Telematik und Ladungsüberwachung
Ortungsgeräte, Temperatur-, Feuchte- und Türsensoren, Alarmsysteme und Datenübertragung benötigen wenig, aber kontinuierlich Energie.
Elektronische Containersicherung
Intelligente Schlösser, Zugangsüberwachung und Sicherheitseinrichtungen könnten eine unabhängige lokale Versorgung nutzen.
Energiespeicher für Terminal und Abstellgleis
Während der Fahrt gesammelte Energie könnte Containergeräte auch beim Warten, Umschlag oder im Stand ohne Steckdose versorgen.
Hilfseinrichtungen des Wagens oder Zuges
In einer späteren Stufe wäre die Unterstützung ausgewählter Hilfssysteme möglich, sobald eine konforme und zugelassene Verbindungsarchitektur entwickelt ist.
Sieben mögliche Vorteile für den Schienenverkehr
- Energieerzeugung während Fahrt und Stand. Das System kann über einen erheblichen Teil des Logistikzyklus arbeiten, nicht nur bei Anschluss an die Infrastruktur.
- Nutzung einer Fläche, die ohnehin reist. Die Rahmen belegen das Containerdach, sodass kein zusätzliches Gelände für eine PV-Anlage nötig ist.
- Skalierung mit der Zahl der Container. Jeder weitere Container kann einen weiteren Anteil an Leistung und Energie beitragen.
- Intermodalität. Derselbe Rahmen kann den Container auf Straße, Schiene, im Terminal und auf dem Schiff begleiten, sofern die Anforderungen jedes Verkehrsträgers erfüllt sind.
- Geringerer Kraftstoffverbrauch lokaler Aggregate. In Kühl- oder Hilfsanwendungen können PV-Energie und Speicher den Betrieb kleiner Generatoren verringern, wenn die Bilanz es bestätigt.
- Unabhängige Versorgung der Telematik. Überwachung, Ortung und Sensorik müssen sich nicht allein auf kleine Servicebatterien stützen.
- Daten zur Transportoptimierung. Die Messung von Erzeugung, Temperatur, Verschattung und Verbrauch kann Relationen und Anwendungen mit dem größten Potenzial aufzeigen.
Und welche Grenzen gibt es?
- Lichtraumprofil und Gesamthöhe. Der Rahmen ist rund 160 mm hoch. Jedes Projekt muss bestätigen, dass Container, Wagen und die gesamte Strecke dem Lichtraumprofil, den Infrastrukturbauwerken und den Regeln des Intermodalverkehrs entsprechen.
- Masse und Nutzlast. Zwei Rahmen auf einem 40'-Container bedeuten mindestens 766 kg allein an Konstruktion, ohne Module, Verkabelung und Geräte. Das wirkt sich auf die Bruttomasse des Containers und die verfügbare Ladung aus.
- Dynamische Lasten. Die Konstruktion muss Schwingungen, Stöße beim Rangieren, Beschleunigung, Bremsen, Seitenwind, Schneelasten und die Folgen langer Einsatzdauer aufnehmen.
- Umschlag und Zugang zu den Eckbeschlägen. Der Rahmen darf Spreader, Portalkrane, Reachstacker und sicheres Stapeln nicht behindern. Energieverbindungen müssen schnell und fehlertolerant sein.
Grenzen, die vor dem Pilotprojekt zu klären sind
- Elektrische Verbindungen zwischen Einheiten. Das Verbinden mehrerer Container oder Wagen erfordert sichere Steckverbinder, automatische Erkennung der Konfiguration, Selektivität der Schutzeinrichtungen und Trennverfahren vor dem Umschlag.
- Elektrische, EMV- und Brandsicherheit. Die Auslegung muss Isolation, Lichtbogen, Erdung und Potenzialausgleich, Überspannungsschutz, Fehlererkennung, elektromagnetische Verträglichkeit und Verhalten im Brandfall berücksichtigen.
- Verschattung, Verschmutzung und Instandhaltung. Oberleitung, Terminalbauwerke, benachbarte Container, Staub und Verschmutzung können den Ertrag mindern. Inspektion, Reinigung und Diagnose sind ohne Störung des Containerumlaufs einzuplanen.
- Verantwortung und Eigentum an der Energie. Der Container kann einem anderen Unternehmen gehören als Wagen, Lokomotive und Terminal. Es ist festzulegen, wer für Geräte, Service, Energie, Daten und technischen Zustand verantwortlich ist.
- Bahnzulassungen. Eine Änderung, die den Wagen, die Fahrzeugparameter oder dessen Schnittstellen betrifft, kann TSI-Anforderungen, nationalen Vorschriften und Genehmigungsverfahren unterliegen. Der Umfang ist zu Projektbeginn mit den zuständigen Stellen abzustimmen.
Wie sollte ein Pilotprojekt aussehen?
- Einen konkreten Anwendungsfall wählen, am besten einen 40'-Container mit zwei Rahmen und einem lokalen Verbraucher oder Energiespeicher.
- Wagen, geplante Strecken, Lichtraumprofil, Masse, Umschlagart und Umgebungsbedingungen festlegen.
- Ein PV-Ertragsmodell für reale Relationen, Jahreszeiten, Fahr- und Standzeiten erstellen.
- Konstruktionsberechnungen sowie Prüfungen von Lasten, Schwingungen und Befestigung durchführen.
- Die lokale elektrische Architektur mit Schutzeinrichtungen und sicherer Trennung vor dem Umschlag entwerfen.
- Stationäre Tests im Terminal durchführen: Erzeugung, Temperaturen, Isolation, Handhabung und Zusammenspiel mit Umschlaggerät.
- Eine kontrollierte Testfahrt auf einer vereinbarten Strecke oder einem Versuchsgleis durchführen.
- Die Auswirkungen auf Energie, Masse, Aerodynamik, Handhabung, Instandhaltung und Zuverlässigkeit bewerten.
- Auf Basis der Daten über die Skalierung auf weitere Container, Wagen oder Relationen entscheiden.
Energie in kWh je Relation und Tag, Momentanleistung, Temperaturen von Modulen und Elektronik, Schwingungen und Beschleunigungen, Isolationswiderstand, Systemverfügbarkeit, Einfluss auf die Umschlagzeit, mechanischer Zustand, Verschmutzung, Servicebedarf sowie die Nutzenbilanz gegenüber der Zusatzmasse.
Solar Container als Plattform für Bahnkooperation
Dieser Markt sollte nicht mit dem Verkauf des Rahmens allein beginnen. Den größten Wert kann ein gemeinsames Projekt mit einem Intermodaloperateur, einem Wagenhersteller, einem Containereigentümer, einem Lokomotivhersteller, einem Terminal sowie einer Forschungs- und Bewertungsstelle bringen.
ATC Solutions kann einen realen, modularen PV-Träger und Wissen über Photovoltaikanlagen einbringen. Die Bahnpartner bringen die Anforderungen an Wagen, Strecken, Lichtraumprofil, Umschlag, Fahrzeuge, Instandhaltung und Zulassungen ein. Erst die Verbindung dieser Kompetenzen kann zu einem belastbaren Demonstrator führen.
Wir bauen keine Solarlokomotive, wir bauen eine mobile Energieschicht
Die Stärke des Konzepts ist nicht der Versuch, die Traktion durch Photovoltaik zu ersetzen. Sie liegt darin, viele Containerdächer für lokale Energieerzeugung zu nutzen, die mit der Ladung reist, konkrete Bedarfe deckt und mit der Zahl der Einheiten skaliert werden kann.
