Solares Laden von Elektrofahrzeugen

Wohngebäude mit PV-Batteriesystem und Elektroauto im Mittel zu
73 Prozent autark

Im Fokus dieser Studie steht das PV-Überschussladen von Elektrofahrzeugen. Ein Highlight: Die Analyse von 730 Haushalten mit Solaranlage und Elektrofahrzeug. Die Messdaten wurden anonymisiert von der Fronius International GmbH bereitgestellt.
Im Durchschnitt deckt die Solaranlage in den untersuchten Wohngebäuden 47 % des Haushaltsstrombedarfs und der Energieaufnahme des Elektroautos. Die Haushalte, in denen zusätzlich ein Batteriespeicher installiert ist, sind im Mittel sogar zu 73 % autark. Die analysierten Wohngebäude reduzierten ihren jährlichen Strombezug aus dem Netz durch eine Solaranlage mit Batteriespeicher von durchschnittlich 6900 kWh/a auf 1900 kWh/a. Ist zusätzlich eine Wärmepumpe installiert, reicht in den Wintermonaten der selbsterzeugte Solarstrom in der Regel zur Deckung des Stromverbrauchs des Haushalts, des Elektroautos und der elektrischen Heizung nicht aus. Trotzdem lassen sich im Mittel immerhin noch 59 % des jährlichen Strombedarfs über den direktverbrauchten und zeitlich verschobenen Solarstrom decken. In diesen vollelektrifizierten Haushalten steigert der Heimspeicher in 50 % der Fälle den Autarkiegrad um mehr als 19 Prozentpunkte. In 8 von 10 Fällen sind es zwischen 13 Prozentpunkte und 27 Prozentpunkte. Gerade im Winter, wenn die Wärmepumpe arbeitet und die Solarenergie knapp ist, zählt jedoch vor allem jedes Solarmodul.

Da sich die Haushalte unter anderem im Standort, im Haushaltstromverbrauch, im Fahrverhalten, in der PV-Anlagengröße und in der Gebäudeausstattung unterscheiden, variiert der Autarkiegrad. Die folgenden Abbildungen zeigen die Bandbreite des Autarkiegrads der 730 analysierten Wohngebäude.

Dynamisches Überschussladen steigert den Solaranteil im Mittel um
25 Prozentpunkte

Neben dem Autarkiegrad wurde in der Studie das Ladeverhalten der Elektrofahrzeuge detailliert unter die Lupe genommen. Der Solaranteil an der Fahrzeugladung beträgt im Mittel 53 %. Der Batteriespeicher steigert den Solaranteil an der Fahrzeugladung im Durchschnitt um 9 Prozentpunkte. In dreiviertel der Haushalte beträgt die Steigerung des Solaranteils durch einen Heimspeicher weniger als 15 %, da das Elektrofahrzeug vornehmlich tagsüber geladen wird. Vereinzelte Haushalte profitieren jedoch mit Steigerungen über 30 % deutlich stärker von der Batterie.
68 Prozent der analysierten Wohngebäude laden mehr als dreimal die Woche das Elektrofahrzeug. Überraschend dabei: Sie laden 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. Dabei wird die Ladeleistung von der Wallbox automatisch an den aktuellen solaren Überschuss angepasst.

Welchen Einfluss weitere Faktoren wie das Ladeverhalten, die Ladehäufigkeit oder die Größe der Solaranlage auf die Ergebnisse haben, kann in den folgenden Abbildungen individuell analysiert und im Detail in der 53-seitigen Studie nachgelesen werden.

Wie lässt sich ein hoher Solaranteil erzielen?

Empfehlungen für die Steigerung des Solaranteils lassen sich aus den Messdaten ebenfalls ableiten. Darunter:

1. Ladungen entsprechend dem solaren Angebot planen und Wetterberichte einbeziehen.
2. Elektrofahrzeug regelmäßig an die Wallbox anschließen, um im Betriebsmodus „Solar Pure / Solar Only / Solarladen / clever …“ vermehrt ausschließlich mit überschüssigem Solarstrom laden zu können.
3. Die Ladestation nach der Größe der Solaranlage auswählen. Dreiphasige Wallboxen haben eine minimale Ladeleistung von 4,2 kW und erzielen in der Regel erst bei Solaranlagen mit einer Nennleistung von mehr als 15 kW höhere Solaranteile an der Fahrzeugladung als einphasige Wallboxen. Bei Letzteren fallen allerdings die Ladezeit und die Verluste höher aus. Eine Wallbox mit der Funktionalität der automatischen Phasenumschaltung verbindet die ein- und dreiphasige Welt.

Das mit einer größeren Photovoltaikanlage höhere Solaranteile an der Fahrzeugladung erzielt werden können, zeigt folgendes Beispiel: Bei einer durchschnittlichen Fahrleistung von 10 000 km/a bis 15 000 km/a im Jahr können Haushalte mit einer Solaranlage zwischen 5 kW und 10 kW im Mittel 46 % des Energiebedarfs ihres Elektrofahrzeugs decken. Bietet das Dach hingegen Platz für 15 kW bis 20 kW, erhöht sich der Solaranteil an der Fahrzeugladung im Mittel auf 62 %. Große PV-Anlagen wirken sich daher positiv auf den ökologischen Fußabdruck des Elektrofahrzeugs aus.

Markt für Elektrofahrzeuge noch weit von den Zielen der Bundesregierung entfernt

Neben der Analyse der Messdaten wagt die Studie aber auch einen Blick in das Marktumfeld. Bis 2030 sollen mindestens 15 Millionen vollelektrische PKW auf den deutschen Straßen fahren, so das Ziel der Bundesregierung. Allerdings ist der Markthochlauf der Elektromobilität bisher verhalten.  Ende 2024 waren es nur 1,7 Millionen Elektrofahrzeuge, das sind nur 3 Prozent aller Pkw. 381 000 neue Elektrofahrzeuge wurden allein im Jahr 2024 zugelassen – 27 Prozent weniger als im Jahr zuvor. Um die Zielmarke von 15 Millionen Elektrofahrzeugen noch ansatzweise erreichen zu können, müsste der Markt jährlich um 60 % wachsen. Realistisch ist dies unter den aktuellen Rahmenbedingungen kaum.

Eigenverbrauch und Ladeeffizienz der Elektroautos noch verbesserungswürdig

Auch auf dem Weg zur effizienten Nutzung der Solarenergie beim Laden der Elektrofahrzeuge gibt es noch einige technische Herausforderungen. Anhand bestehender Analysen und Datenblätter zeigt die Studie auf, dass die Anforderungen des solaren Ladens, bei dem längere Ladezeiten mit geringen Ladeleistungen im Fokus stehen, bislang wenig berücksichtigt wurden. Bei einer minimalen Ladeleistung von 1,4 kW erreichen im Mittel nur 76 % der erzeugten Solarenergie die Fahrzeugbatterie. Bei einer Leistung von 11 kW sind es immerhin 90 %. Anders ausgedrückt:  Um beispielsweise 2000 kWh für etwa 10 000 km zu laden, müssten bei einer Ladeleistung von 11 kW im Mittel 222 kWh mehr als benötigt geladen werden. Sie gehen als Umwandlungsverluste verloren. Wer nur mit 1,4 kW lädt muss sogar 630 kWh/a mehr laden. Vorteile hat eine geringere Ladeleistung dennoch, wenn Solaranlagen aufgrund geringer Leistung, in der Übergangszeit oder auch nachmittags weniger Leistung bereitstellen. Auch im Energieverbrauch der Elektrofahrzeuge gibt es noch Einsparpotenzial: 150 Watt bis 350 Watt verbraucht die Bordelektronik der Elektrofahrzeuge im Betrieb. Klar ist, dass dies bei längeren Ladezeiten zulasten der Effizienz geht.

Solaroptimiertes Laden gehört zur Standardausstattung aktueller Wallboxen

Je nach Ladelösung kann der Anwendungsfall und damit die Zielgruppe variieren. Während einige Produkte für die private Anwendung konzipiert sind, wurden andere Wallboxen hauptsächlich für das halböffentliche oder öffentliche Laden ausgelegt. Die Unterscheidungsmerkmale reichen von der Leistungsfähigkeit der Wallbox über die Ausstattung mit oder ohne Ladekabel bis hin zu den installierten Kommunikationsprotokollen und dem Energiemanagement.

Ein positives Ergebnis der Analyse des Marktumfeldes: Viele Wallboxen sind in der Lage auf solaren Überschuss zu reagieren und die Ladeleistung entsprechend anzupassen. Meist haben diese Betriebsmodi jedoch unterschiedliche Bezeichnungen, sodass ein Blick in die Betriebsanleitung oder das Datenblatt notwendig ist, um zu verstehen, was die Wallbox kann. Wie genau sich die Standard-Lademodi unterscheiden, ist in der Studie nachzulesen.