Solares Laden von Elektrofahrzeugen

Damit reduzierten die analysierten Haushalte ihren jährlichen Strombezug aus dem Netz durch eine PV-Anlage mit Batteriespeicher von durchschnittlich 6900 kWh auf 1900 kWh. 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.

Markt für Elektrofahrzeuge von Zielen der Bundesregierung entfernt

Bis 2030 sollen mindestens 15 Millionen vollelektrische PkW auf den deutschen Straßen fahren, so das Ziel der Bundesregierung. Ende 2024 waren es nur 1,7 Millionen, das sind gerade einmal 3 % aller Pkw. Davon wurden 381000 neue Elektrofahrzeuge im Jahr 2024 zugelassen – allerdings 27 % weniger als im Jahr zuvor. „Um die 15 Millionen Elektrofahrzeuge noch ansatzweise erreichen zu können, müssten wir ein jährliches Marktwachstum von mehr als 60 % auf die Straße stellen“, betont Nico Orth, Autor und wissenschaftlicher Mitarbeiter der HTW Berlin.

Eigenverbrauch und Ladeeffizienz der Elektroautos noch verbesserungswürdig

Auch 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“, erklärt Joseph Bergner, Co-Autor der Studie. „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 kW im Mittel nur 76 % der Solarenergie die Fahrzeugbatterie, bei 11 kW sind es immerhin 90 %. Damit liegen die Wirkungsgrade der Fahrzeugladegeräte noch weit hinter den Maßstäben zurück, die ähnlich leistungsstarke Wechselrichter von PV-Speichersystemen setzen.

Weiteres Einsparungspotential sehen die Forscher im Energieverbrauch der Elektrofahrzeuge: 150 W bis 350 W verbraucht die Bordelektronik der vollelektrischen Pkw. Einzelne Wallboxen beziehen im Stand-by-Modus zusätzlich bis zu 20 W. Bei einer typischen Standzeit der Wallbox im Bereitschaftsbetrieb von 93 % oder 8200 Stunden pro Jahr, summiert sich allein dieser Energiebezug auf jährlich 164 kWh.

Dynamisches Überschussladen steigert den Solaranteil

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 % 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. Dabei wird die Ladeleistung von der Wallbox automatisch an den solaren Überschuss angepasst. Der Batteriespeicher steigert den Solaranteil an der Fahrzeugladung hingegen im Mittel nur um 9 Prozentpunkte. In dreiviertel der Haushalte beträgt die Steigerung des Solaranteils durch einen Heimspeicher weniger als 15 Prozentpunkte, da das Elektrofahrzeug vornehmlich tagsüber geladen wird. In Ausnahmefällen sind auch Steigerungen über 30 Prozentpunkte möglich. Welchen Einfluss weitere Faktoren wie das Ladeverhalten, die Ladehäufigkeit oder die Größe der Solaranlage auf die Ergebnisse haben, zeigen die HTW-Forscher in der 53-seitigen Studie.

Wie lässt sich ein hoher Solaranteil erzielen?

Empfehlungen für die Steigerung des Solaranteils liefern die Autoren mit ihrer Analyse gleich mit. Darunter: Die Ladungen entsprechend dem solaren Angebot planen, das Elektrofahrzeug regelmäßig an die Wallbox anschließen und mit überschüssigem Solarstrom laden sowie die Solaranlage möglichst groß dimensionieren. Warum Letzteres sinnvoll ist, zeigt folgendes Beispiel: „Bei einer durchschnittlichen Fahrleistung von 10 000 km bis 15 000 km im Jahr können Haushalte mit einer Solaranlage zwischen 5 kW und 10 kW im Mittel 46 % des Energiebedarfs ihres Elektrofahrzeugs decken.“, erläutert Joseph Bergner. „Bietet das Dach hingegen Platz für 15 kW bis 20 kW, 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. Das mit dem selbsterzeugten Solarstrom nicht nur der Energiebedarf des Elektroautos gedeckt werden kann, zeigt die Analyse des Autarkiegrads. In vollelektrifizierten Haushalten mit PV-Speichersystem, Elektrofahrzeug und Wärmepumpe lassen sich 59 % des jährlichen Strombedarfs über die selbsterzeugte Solarenergie decken. In 8 von 10 Fällen den Autarkiegrad zwischen 13 Prozentpunkte und 27 Prozentpunkte. Gerade im Winter, wenn die Wärmepumpe arbeitet und die Solarenergie knapp ist, zählt jedoch vor allem jedes Solarmodul.

Weitere Informationen: Studie Solares Laden von Elektrofahrzeugen