Elektromobilität

Bildnachweis: Sonnenhaus-Institut / Petra Höglmeier

Überblick
Ein Elektroauto zu fahren ist nur dann wirklich umweltschonend, wenn der verbrauchte Strom zum größten Teil aus nachhaltigen Quellen stammt. Nachhaltige Mobilität erfordert also auch nachhaltige Energieerzeugung. Wird das E-Mobil hauptsächlich nur über das Netz geladen, treibt das die Stromkosten. Im Schnitt verdoppelt ein Elektroauto den Strombedarf eines Familienhaushalts. Das bedeutet nicht nur höhere Kosten, sondern auch höhere CO2-Emissionen, sofern man nicht zumindest Ökostrom bzw. grüne e-Mobility Stromtarife bezieht.

Ideal ist es insofern, wenn am eigenen Haus eine möglichst leistungsfähige Photovoltaikanlage zur Verfügung steht, um damit auch das Auto zu laden. Sonnenhäuser arbeiten in großem Maßstab sowohl Solarthermie als auch mit Photovoltaik. Anstatt den nicht selbst verbrauchten Strom ins Versorgungsnetz einzuspeisen, bietet es sich an, damit ein E-Mobil zu betreiben. Die Kombination aus Sonnenhaus-Technik und E-Mobilität ist also aus nachhaltiger wie technischer Sicht gleichermaßen ideal im Sinne unseres Mottos Wärme – Strom – Mobilität.
Optimal ist zudem ein persönliches Nutzerprofil, bei dem das E-Mobil tagsüber möglichst zuhause mit selbst produziertem Solarstrom geladen werden kann. Sofern die persönliche Reichweite, also die täglich gefahrenen Kilometer, nicht allzu hoch ist, bzw. ein zusätzlicher Speicher für den Solarstrom vorhanden ist, kann man das kompensieren.

Grundsätzlich sind für Planung und Umsetzung einer richtig ausgelegten Kombination aus PV-Anlage/Ladestation/E-Mobil folgende Parameter entscheidend:

  1. Welcher PV-Ertrag steht mir durchschnittlich zur Verfügung?
  2. Ist die Ladezeit überwiegend am Tag oder nachts?
  3. Wie groß ist meine individuell benötigte Reichweite in der Praxis?
  4. Wie hoch sind der Verbrauch und die Batteriekapazität des E-Mobils?
  5. Wie hoch ist die erforderliche Anschlussleistung?

Nachfolgend einige Zusammenhänge und Details über das Laden eines Elektroautos zuhause.

Technik: Ladestation oder Haushaltssteckdose?
Theoretisch kann jedes E-Auto und Hybrid-Auto zuhause über eine konventionelle Haushaltssteckdose geladen werden. Allerdings dauert der Ladevorgang dadurch wesentlich länger, in der Regel einen vollen Tag. Schneller geht es mit einer eigenen Elektroauto-Ladestation. Diese wird auf die Ladeleistung der Hausinstallation abgestimmt. Inzwischen gibt es diverse Anbieter, die daheim Ladestationen aufbauen und/oder Elektriker vermitteln.

Die erforderliche Zeit beim Laden wird massiv beeinflusst von der Ladetechnik, die zum Einsatz kommt. Grafik: The Mobility House

Faktoren Zeit und Nachhaltigkeit
Die möglichen Ladezeiten variieren also erheblich in Abhängigkeit von der installierten Ladetechnik. Aber auch wenn die Technik für schnelles Laden vorhanden ist, gilt es grundsätzlich zu beachten: Je länger die Ladezeit, desto mehr eigener Solarstrom kann verwendet werden und umgekehrt.
Schnelles Laden zuhause ist also teuer, weil zum einen eine entsprechende Installation erforderlich ist und weil entsprechend wenig selbst produzierter Strom verwendet werden kann. Da zudem beim Schnellladen notwendigerweise auf Strom aus dem Netz zugegriffen werden muss, ist es außerdem nur eine bedingt nachhaltige Variante.
Im Sinne der persönlichen Freiheit bedeutet es in jedem Fall einen Vorteil, die technische Voraussetzung zu besitzen, um das Auto im Bedarfsfall auch zuhause schnell wieder aufladen zu können. Voraussetzung für die schnellere Ladung ist natürlich, dass eine entsprechend große Strommenge innerhalb kurzer Zeit zur Verfügung steht. Das geht entweder nur durch einen zusätzlichen Stromspeicher oder den Zugriff auf das öffentliche Netz bzw. beides. Der Stromspeicher ermöglicht beim Schnellladen, möglichst viel selbst produzierten Solarstrom verwenden zu können. Die Möglichkeiten bleiben dennoch begrenzt. (Siehe auch weiter unten: Laden über Nacht)
Um das Elektroauto zu jeder Zeit und schnellstmöglich zu laden, ist Voraussetzung, dass dabei die Entladeleistung des installierten Speichers mindestens der Ladeleistung des Elektroautos entspricht. Um beispielsweise einen BMW i3 94 Ah mit einer Brutto-Kapazität von 33,2 Kilowattstunden möglichst viel und möglichst schnell mit eigenem Solarstrom zu laden, muss die Solaranlage dazu eine Leistung von ca. 11 Kilowatt Peak (kWp) und der Speicher für eine hohe Leistungsabgabe geeignet sein.

Installation einer Ladestation und Hausanschluss
Die Installation einer Elektroauto-Ladestation zuhause stellt besondere Anforderungen an die Energieversorgung. Benötigt wird ein Starkstrom-Anschluss. Am Ende entscheidet die Ladeleistung am Anschluss, wie lange es dauert, bis der Speicher gefüllt ist. Dabei muss stets die volle Anschlussleistung erbracht werden, das heißt der Gleichzeitigkeitsfaktor liegt bei 1,0. Das muss bei der Planung berücksichtigt werden. Denn diese vorgehaltene Leistung fließt in die Berechnung des Hausanschlusses ein und verursacht Mehrkosten für den Bauträger bzw. Eigentümer.
Typischerweise haben lokale Ladestationen zwischen 3,7 und 22 Kilowatt, wobei ab einer Ladeleistung von 12 Kilowatt mit dem Netzbetreiber die Installation geklärt werden muss. Öffentliche Schnellladestationen haben übrigens bis zu 170 Kilowatt.

Der Königsweg: tagsüber laden mit eigenem Solarstrom
Wer ein Sonnenhaus bewohnt bzw. eine leistungsfähige PV-Anlage betreibt und sein E-Mobil tagsüber oft laden kann, hat die optimalen Voraussetzungen für eine sehr nachhaltige und praktische Lösung, um klimaschonend mobil zu sein.
Immerhin kann eine PV-Anlage mit einer Spitzenleistung von 5 kWp jährlich bis zu 5.000 Kilowattstunden (kWh) Strom liefern. Liegt der Energieverbrauch des Elektroautos beispielsweise bei 17 kWh/100 km, fährt man fast 2.500 km im Monat emissionsfrei. Für solche Anforderungen ist die Installation einer Ladestation empfehlenswert. Zusätzlich stehen im Handel intelligente Energie-Managementsysteme zur Verfügung.

Spezielle Energiemanager helfen, das E-Mobil mit möglichst hohem Anteil eigenen Solarstroms zu laden. Per WLAN kann der Betreiber dies überwachen und steuern. Grafik: The Mobilty House

Sie erlauben es, die Ladeleistung an den gerade zur Verfügung stehenden Solarstrom anzupassen und damit den Anteil der Sonnenenergie am Ladestrom zu optimieren. Beim Laden an einer normalen Schukosteckdose ist dies nicht oder nur sehr bedingt möglich. Zur Maximierung des persönlichen Komforts kann man dann die zusätzliche Möglichkeit für schnelles Laden im Bedarfsfall aufrüsten.

Laden über Nacht
Wird das Auto benutzt, um damit morgens täglich zur Arbeit zu fahren, kann es nur von der Rückkehr nach Hause bzw. über Nacht geladen werden. Da nachts kein Solarstrom erzeugt werden kann, müsste das Auto theoretisch über das öffentliche Stromnetz geladen werden. Alternativ ist eine (Teil-)Ladung über einen Hausakku möglich, in dem der solare Stromertrag zwischengespeichert wird.
Wie beim Schnellladen gilt: Auch bei einer perfekten Abstimmung von Solaranlage, Speicher und E-Auto kann ein nahezu leerer Akku nachts nicht komplett mit eigener Solarenergie geladen werden. Dazu bräuchte es je nach Batteriekapazität mindestens 30 kWh. Ein haushaltstypischer Solarspeicher der neuesten Generation hat rund 10 kWh nutzbare Kapazität. Hinzu kommt, dass in der Realität nachts auch andere Elektrogeräte im Haushalt laufen und ebenfalls den gespeicherten Solarstrom nutzen. Im Schnitt kann ein E-Auto also mit einem komplett vollen 10 kWh Stromspeicher daheim bis zu maximal rund ein Drittel mit selbst erzeugter Solarenergie geladen werden.
Glücklicherweise ist in den meisten Haushalten die täglich gefahrene Entfernung nicht annähernd so hoch, dass die Fahrzeugbatterie wirklich eine volle Ladung benötigt. In vielen Fällen kann dies den konkreten Bedarf jedoch decken. Insofern ist der „Umweg“ über einen Hausspeicher eine praktikable, wenn auch nicht optimale Lösung. Wird von einem Speicher (Haus) in einen anderen (Auto) geladen, ist der Vorgang nämlich mit Verlusten behaftet. Außerdem sind die Kosten für die Speicherlösung nicht unerheblich.

Ausblick:
vehicle2grid: vom unidirektionalen zum bidirektionalen Laden – das Auto als (Zusatz) Stromspeicher

In Zukunft könnte der Strom nicht nur in das Elektroauto hineinfließen, sondern mittels bidirektionaler Anbindung auch zunehmend vom Elektroauto zurück zum Haus fließen oder in das Stromnetz eingespeist werden. Das Elektroauto übernimmt hierbei die Aufgabe eines Batteriespeichers. Wenn mehr PV-Strom zur Verfügung steht, als zu diesem Zeitpunkt im Haus benötigt wird, wird das Elektroauto geladen. Steht weniger PV-Strom als benötigt zur Verfügung (z.B. in den Abendstunden oder nachts), wird das Haus mit Strom aus der Autobatterie versorgt. Lösungen, bei denen ein Hausbesitzer mit Solaranlage den Akku seines Elektroautos als Stromspeicher nutzt, sind in Deutschland schon realisiert.
Bei diesen Betrachtungen sollte man nicht außer Acht lassen, dass die meisten Fahrzeugbatterien eine von den Zyklen abhängige Lebensdauer aufweisen. V2G reduziert also die Lebensdauer der Batterie.

Noch sind wenige Modelle ab Werk für V2G ausgerüstet:
www.goingelectric.de/2017/10/14/news/nissan-xstorage-und-v2g-wie-das-elektroauto-das-netz-stuetzt-und-der-fahrer-davon-profitiert/
www.vision-mobility.de/de/news/mitsubishi-und-newmotion-starten-pilotprojekt-fuer-bidirektionales-laden-927.html

Von Seiten der Industrie bzw. Versorgungsunternehmen gibt es Versuche, Fahrzeuge zu einem virtuellen Großspeicher („Schwarmspeicher“) zu koppeln:
www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2018/kw37/sekundaerreserve-ueber-e-autos.html

Empfohlene Links zum Thema E-Mobilität:

Videos mit Praxiswissen zur E-Mobilität allgemein:

VLOG  www.youtube.com/channel/UCSwRhu8CeHVXZlG1ExdjuTQ/featured
ELEKTRO AUTO REPORT www.youtube.com/channel/UCIBrSXQyW-qgFKf9KvOlAPQ

Basisinformationen zu technischen Standards der Ladetechnik:

www.mobilityhouse.com/de_de/ratgeber/elektromobilitat-ladekabelarten-und-steckertypen
https://de.wikipedia.org/wiki/Ladestation_(Elektrofahrzeug)
www.dekra-elektromobilitaet.de/de/faq-ladeinfrastruktur#Wissenswertes-zur-Ladeinfrastruktur

Übersicht über die Ladezeiten vieler Fahrzeugtypen:
www.mobilityhouse.com/de_de/ratgeber/ladezeitenuebersicht-fuer-elektroautos

Zu Fahrzeugen allgemein
www.elektroauto-news.net/

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