Energetische und ökonomische Bewertung bidirektionaler Ladelösungen

Privat genutzte Pkw in Deutschland befinden sich hauptsächlich in geparktem Zustand. Vor diesem Hintergrund und mit Hochlauf der Elektromobilität stellt sich die Frage, ob batterieelektrische Fahrzeuge zusätzlich als Heimspeicher genutzt werden könnten, um solare Überschüsse zwischenzuspeichern.

Simulationsmodell zur Bewertung bidirektionalen Ladens

Im Rahmen dieser Arbeit wurde bidirektionales Laden für die Photovoltaik-Eigenverbrauchsoptimierung simulationsbasiert bewertet. Hierfür wurde ein Simulationsmodell entwickelt, welches verschiedene, aus der Simulation von Heimspeichersystemen bekannte Verlustmechanismen berücksichtigt. Innerhalb des Modells besteht die Möglichkeit, das bidirektionale System durch ein Heimspeichersystem zu erweitern.

Detaillierte Verlustanalyse und Untersuchung von Einflussfaktoren

Mittels Parametervariation wurden zunächst unterschiedliche Einflussfaktoren des bidirektionalen Ladens für die Photovoltaik-Eigenverbrauchsoptimierung untersucht. Anschließend wurden detaillierte Verlustanalysen mit zwei bidirektionalen Ladestationen (Wallboxen) durchgeführt. Zum einen wurde eine reale bidirektionale Wallbox simuliert, deren Parametrierung anhand von Messdaten erfolgte. Zum anderen wurde eine zukünftige, effizientere Wallbox simuliert, die mit heutigen Batterieumrichtern vergleichbare Effizienzen aufweist. Abschließend wurden energetische und ökonomische Betriebsergebnisse ausgewählter Systemkonfigurationen analysiert und gegenübergestellt.

Umwandlungswirkungsgrade und Fahrzeugleistungsaufnahmen sind problematisch

Die Ergebnisse zeigen, dass sich durch bidirektionales Laden Netzbezüge verringern lassen und Kosten eingespart werden können. Simulativ konnte gezeigt werden, dass sich die bidirektionale Entladung des Fahrzeugs mit einem Heimspeicher verringert. Ein zusätzlicher Heimspeicher wirkt sich demnach tendenziell nachteilig auf den Erfolg bidirektionalen Ladens aus.

Mittels Verlustanalyse konnte gezeigt werden, dass bei den Wallboxen Umwandlungswirkungsgrade zu hohen Verlusten führen. Eine Verbesserung der Umwandlungswirkungsgrade würde die Kosteneinsparungen durch bidirektionales Laden deutlich steigern. Fahrzeugseitig führen Leistungsaufnahmen im eingeschalteten Zustand zu hohen Verlusten. Hier sind Fahrzeughersteller in der Pflicht, Lösungen zu präsentieren. Ein zusätzlicher bidirektionaler Betriebsmodus mit verringerter Leistungsaufnahme ist denkbar.