Die neue Studie „Solares Laden von Elektrofahrzeugen“ der Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin zeigt: Wohngebäude mit PV-Batteriesystem und Elektroauto sind im Mittel zu 73 Prozent autark. Somit reduzierten die analysierten Haushalte ihren jährlichen Strombezug aus dem Netz durch eine PV-Anlage mit Batteriespeicher von durchschnittlich 6.900 Kilowattstunden auf 1.900 Kilowattstunden. Neben der detaillierten Analyse der Energieflüsse in den 730 Wohngebäuden wirft die Forschungsgruppe Solarspeichersysteme einen umfassenden Blick auf das Marktumfeld und die Technik für Elektrofahrzeuge und Wallboxen in Deutschland.

Auf dem Weg zur effizienten Nutzung der Solarenergie beim Laden von Elektrofahrzeugen stehen noch einige Herausforderungen bevor, wie die Forscher anhand bestehender Analysen und Datenblätter feststellen. „Heutige Elektrofahrzeuge sind für schnelles Laden mit hoher Leistung ausgelegt“, sagt Joseph Bergner, Co-Autor der Studie „Solares Laden von Elektrofahrzeugen“. „Das widerspricht allerdings den Anforderungen des solaren Ladens, bei dem längere Ladezeiten mit geringen Ladeleistungen im Fokus stehen“, ergänzt Bergner. Derzeit erreichen bei einer minimalen Ladeleistung von 1,4 Kilowatt im Mittel nur 76 Prozent der Solarenergie die Fahrzeugbatterie, bei 11 Kilowatt sind es immerhin 90 Prozent. Damit liegen die Wirkungsgrade der Fahrzeugladegeräte noch weit hinter den Maßstäben zurück, die ähnlich leistungsstarke Wechselrichter von PV-Speichersystemen setzen.

Weiteres Einsparungspotenzial sehen die Forscher im Energieverbrauch der Elektrofahrzeuge: 150 Watt bis 350 Watt verbraucht die Bordelektronik der vollelektrischen Pkw. Einzelne Wallboxen beziehen im Stand-by-Modus zusätzlich bis zu 20 Watt. Bei einer typischen Standzeit der Wallbox im Bereitschaftsbetrieb von 93 Prozent oder 8.200 Stunden pro Jahr, summiert sich allein dieser Energiebezug auf jährlich 164 Kilowattstunden.

Dynamisches solares Laden von Elektrofahrzeugen steigert Photovoltaik-Stromanteil

Im Rahmen der Studie untersuchte die Forschungsgruppe Solarspeichersysteme der HTW Berlin mit Unterstützung der Fronius International GmbH die Messdaten von 730 Haushalten. Ein erstaunliches Ergebnis für die Forscher: 68 Prozent der analysierten Haushalte laden innerhalb einer Woche mehr als dreimal das Elektrofahrzeug – vornehmlich zur Mittagszeit. Anhand der Daten lässt sich auch der Vorteil einer dynamischen Überschussladung gegenüber einer ungesteuerten Ladung nachweisen.

„Im Vergleich zum herkömmlichen Laden des Elektrofahrzeugs bei Ankunft mit maximaler Leistung lässt sich mit der Funktionalität des dynamischen Überschussladens der Solaranteil im Mittel um 25 Prozentpunkte steigern“, sagt Nico Orth, Co-Autor der Studie. Dabei passt das dynamische Überschussladen die Ladeleistung von der Wallbox automatisch an den solaren Überschuss an. Der Batteriespeicher steigert den Solaranteil an der Fahrzeugladung hingegen im Mittel nur um 9 Prozentpunkte. In drei Viertel der Haushalte beträgt die Steigerung des Solaranteils durch einen Heimspeicher weniger als 15 Prozentpunkte, da man das Elektrofahrzeug vornehmlich tagsüber lädt In Ausnahmefällen sind auch Steigerungen über 30 Prozentpunkte möglich. Welchen Einfluss weitere Faktoren wie das Ladeverhalten, die Ladehäufigkeit oder die Größe der Photovoltaik-Anlage auf die Ergebnisse haben, zeigen die HTW-Forscher in der 53-seitigen Studie „Solares Laden von Elektrofahrzeugen“.

Wie lässt sich ein hoher Solaranteil erzielen?

Empfehlungen für die Steigerung des Solarstromanteils liefern die Autoren mit ihrer Analyse mit. Darunter: Die Ladungen entsprechend dem solaren Angebot planen, das Elektrofahrzeug regelmäßig an die Wallbox anschließen und mit überschüssigem Solarstrom laden sowie die Photovoltaik-Anlage möglichst groß dimensionieren.

Warum Letzteres sinnvoll ist, zeigt folgendes Beispiel: „Bei einer durchschnittlichen Fahrleistung von 10.000 Kilometern bis 15.000 Kilometern im Jahr können Haushalte mit einer Solaranlage zwischen 5 Kilowatt und 10 Kilowatt im Mittel 46 Prozent des Energiebedarfs ihres Elektrofahrzeugs decken“, sagt Joseph Bergner. „Bietet das Dach hingegen Platz für 15 Kilowatt bis 20 Kilowatt, erhöht sich der Solaranteil an der Fahrzeugladung im Mittel auf 62 Prozentpunkte. Große PV-Anlagen wirken sich daher positiv auf den ökologischen Fußabdruck des Elektrofahrzeugs aus“, so Bergner. Dass man mit dem selbsterzeugten Solarstrom nicht nur den Energiebedarf des Elektroautos decken kann, zeigt die Analyse des Autarkiegrads. In vollelektrifizierten Haushalten mit PV-Speichersystem, Elektrofahrzeug und Wärmepumpe kann die Photovoltaik-Anlage 59 Prozent des jährlichen Strombedarfs bereitstellen. Gerade im Winter, wenn die Wärmepumpe arbeitet und die Solarenergie knapp ist, zähle jedes Photovoltaik-Modul.

Die Studie „Solares Laden von Elektrofahrzeugen“ ist unter diesem Link zu finden.

Die HTW Berlin untersucht auch regelmässig die Effizienz von Photovoltaik-Stromspeichern.

Quelle: HTW Berlin | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH