Potenzial einer Photovoltaikanlage für das Aufladen eines Elektroautos zu Hause
Verschiedene Motive können uns zum Kauf einer Photovoltaikanlage für unser Haus veranlassen – finanzielle Einsparungen bei den Stromkosten, teilweise Autarkie, Stromversorgung bei Stromausfällen, aber auch das Aufladen von Elektroautos. Und genau dieses Motiv wollen wir uns genauer ansehen.
Kann eine Photovoltaikanlage auf einem Einfamilienhaus vollständig zum Aufladen eines Elektroautos genutzt werden?
In der Tschechischen Republik beträgt die durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung je nach Standort 1.400 bis 1.700 Stunden pro Jahr, was einer durchschnittlichen jährlichen Gesamtleistung von 1150 kWh/m² entspricht. Der potenzielle Ertrag einer PV-Anlage wird durch die Größe der Anlage selbst bestimmt, d. h. durch die Anzahl der Paneele, ihre Leistung in kWp und die Ausrichtung und Neigung des Daches, auf dem die Paneele angebracht sind. Entscheidend für das Laden eines Elektrofahrzeugs ist, dass das Kraftwerk zur Deckung des Eigenverbrauchs und nicht zur Einspeisung der erzeugten Energie in das Netz verwendet wird.
Modellbeispiel
Für das Berechnungsbeispiel wird eine bestehende Photovoltaik-Hybridanlage auf einem Einfamilienhaus am nordöstlichen Stadtrand von Prag verwendet. Die Konfiguration der Anlage beträgt 5,28 kWp installierte Leistung auf einem nach Süden ausgerichteten Dach mit einer Neigung von 45 °C, was eine ideale Beispielinstallation darstellt. Die Anlage ist an ein einphasiges Batteriespeichersystem ALL-IN-ONE NS Mayor 12.5 des Anbieters NANO SOLAR ENERGY angeschlossen. Dieses System enthält alle wichtigen Komponenten einer PV-Anlage (mit Ausnahme der PV-Paneele) in einer Box, d. h. einen 5-kW-Wechselrichter, PV-Paneel-Laderegler und einen 12-kWh-Batteriespeicher.
Die PV-Anlage wird im Inselbetrieb, also ohne Netzeinspeisung, betrieben und dient zur Deckung des Eigenverbrauchs eines Einfamilienhauses mit einem Jahresverbrauch von durchschnittlich 4.600 kWh. Der durchschnittliche Tagesverbrauch liegt bei 12 kWh, wobei der Bedarf zum Aufladen eines Elektroautos nicht berücksichtigt ist.
Seit Dezember 2019 wird diese PV-Anlage auch, aber nicht ausschließlich, zum Aufladen eines Elektroautos mit einer 75-kWh-Batterie genutzt. Das Elektroauto wird von der Familie als Zweitauto für Ausflüge mit den Kindern und den Weg zur Arbeit genutzt – mit einer durchschnittlichen Tagesreichweite von bis zu 80 km. Bei einem EV-Verbrauch von 19 kWh/100 km verbraucht das Auto täglich 15 kWh. Auf längeren Fahrten werden öffentliche Ladestationen zum Aufladen genutzt.
| Vyrobená energie v kWh/měsíc | Produzierte Energie in kWh/Monat |
Das Grundproblem bei der Verwendung einer PV-Anlage zum Aufladen eines Elektroautos ist die Diskrepanz zwischen dem Zeitpunkt, an dem die PV-Anlage ihre höchste Leistung erreicht, und dem Zeitpunkt, an dem das Elektroauto zu Hause ist und aufgeladen werden kann. Die PV-Anlage hat ihre höchste Leistung um die Mittagszeit, wenn normalerweise niemand zu Hause ist. Der zu dieser Zeit erzeugte Strom wird also im ALL-IN-ONE-Speicher gespeichert oder deckt den Verbrauch des Einfamilienhauses. Wie im Diagramm oben zu sehen ist, kann die PV-Anlage in den Wintermonaten gewöhnlich nicht genügend Strom liefern, um den Eigenverbrauch des Hauses zu decken. Die Lage verbessert sich jedoch im März, und die Monate April und Mai liefern interessante Erträge für die erzeugte Energie, die den Bedarf des Einfamilienhauses bei weitem übersteigt.
| Vyrobená energie v kWh/den | Produzierte Energie in kWh/Tag |
April und Mai liefern genug Energie für den Eigenverbrauch der Familie und zum Laden des Elektroautos. In unserem Modellbeispiel kommt ein einphasiges Kraftwerk zum Einsatz, sodass ein einphasiges 3-kW-Ladegerät auch zum Laden des Elektroautos verwendet wird. Damit werden die 15 kWh, die das Elektroauto verbraucht, in durchschnittlich 5 Stunden pro Tag aufgeladen. Wenn das Elektroauto mittags und am frühen Nachmittag „zu Hause“ wäre, könnte die PV-Anlage vollständig zum Aufladen des Autos genutzt werden. Das Elektroauto kommt jedoch in der Regel nach 17 Uhr zurück, wenn die Sonne schon weit im Westen steht. Da produziert das Kraftwerk bei sonnigem Wetter zwar noch, liefert aber nicht mehr die notwendige Ladeleistung, die mindestens 3 kW beträgt. Der Batteriespeicher wird daher teilweise zum Laden des Elektroautos verwendet, aber seine Kapazität von 12 kWh reicht nicht für den Bedarf des Elektroautos aus.
Das hauseigene Solarkraftwerk ist also in der Lage, genügend Energie zu produzieren, um das Elektroauto in den Frühlings- und Sommermonaten zu laden.
Das praktische Problem ist jedoch der Unterschied zwischen der Produktionszeit und der Zeit, in der das Elektroauto zu Hause geparkt ist und aufgeladen werden kann. Soll das Elektroauto vollständig von der PV-Anlage aufgeladen werden, sollte die PV-Anlage mit einem dreiphasigen Wechselrichter und einem ausreichend großen Batteriespeicher ausgestattet sein, um genügend Energie sowohl für das Einfamilienhaus als auch für die Batterie des Elektroautos zu liefern. Eine solche Lösung wäre jedoch kostspielig und ineffizient, da der Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom umgewandelt und dann im eingebauten Ladegerät des Autos wieder in Gleichstrom umgewandelt wird. Eine viel effizientere Lösung ist die Errichtung von Photovoltaik-Anlagen an Orten, an denen Elektroautos tagsüber geparkt werden.