E-Mobilität - Photovoltaik und Wallbox als unschlagbares Duo
Um die E-Mobilität sinnvoll zu Ende zu denken, muss sie mit erneuerbaren Energien, zum Beispiel mit Photovoltaik, verknüpft werden. Das gilt insbesondere für die Effizienz von Elektroautos aus der Sicht von Verbrauchern. Hier wird kostengünstig erzeugter Strom aus erneuerbaren Energien langfristig ausschlaggebend sein für die Bereitschaft, von Verbrennungsmotoren auf Elektrofahrzeuge umzusteigen. Erfahren Sie in diesem Artikel, wie Sie die Leistung Ihrer Photovoltaikanlage mit einem E-Auto besser ausschöpfen und auf kostengünstige und nachhaltige Mobilität umsteigen können.
Eigenverbrauch ist lohnender als Netzeinspeisung
Die Bedeutung von erneuerbaren Energien für klimafreundliches und energieeffizientes Wohnen steht nicht erst mit den steigenden Energiepreisen im Fokus des Interesses. Photovoltaikanlagen gehören zu den am häufigsten installierten Technologien für die Nutzung nachhaltiger Energiequellen.
Ein wichtiges Entscheidungskriterium ist der Kosten-Nutzen-Faktor und die Frage, ob die Erzeugung von klimafreundlichem Strom über eine eigene Photovoltaikanlage sich trotz der hohen Anschaffungskosten nicht nur positiv auf die Klimabilanz, sondern auch auf die Haushaltskasse auswirkt. Aktuell ist der Trend deutlich: Ein möglichst hoher Eigenverbrauch der selbst erzeugten Energie ist wirtschaftlich lohnender als die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz.
Hier liegt eine einfache Rechnung zugrunde:
Die Einspeisevergütung ist derzeit auf 6,83 Cent pro eingespeister Kilowattstunde festgelegt. Zwischen 2005 und 2011 lag die Vergütung aufgrund staatlicher Subventionierung noch bei 54,53 Cent pro eingespeister Kilowattstunde. Die durchschnittlichen Kosten für eine Kilowattstunde Fremdstrom liegen laut BDEW-Strompreisanalyse zum Jahresbeginn 2023 bei 48,12 Cent. 2022 waren es noch 40,07 Cent pro Kilowattstunde, 2021 sogar nur 32,16 Cent. Mit dem gleichzeitigen Wegfall der staatlichen Subventionierung für die Einspeisevergütung kaufen Verbraucher Fremdstrom fast siebenmal so teuer ein, wie sie ihren selbst erzeugten Strom aus der Photovoltaikanlage verkaufen können.
Mit dieser wirtschaftlichen Entwicklung ist ein möglichst hoher Eigenverbrauch des erzeugten Solarstroms sinnvoll. Ein durchschnittliches Einfamilienhaus wird meist mit einer Photovoltaikanlage mit 6 bis 10 kWp Leistung versehen. Das entspricht einer Stromerzeugung von ca. 8.000 kWh pro Jahr. Der jährliche Stromverbrauch einer drei- bis vierköpfigen Familie wird mit durchschnittlich 3.500 kWh pro Jahr veranschlagt. Damit wird ein Eigenverbrauch von weniger als 50 Prozent erreicht. Mit der zusätzlichen Installation eines Stromspeichers kann der Eigenverbrauch auf bis zu 70 Prozent gesteigert werden. Die Technologie ist bislang aber nicht ausreichend effizient. Stromspeicher sind teuer in der Anschaffung und im Hinblick auf ihre Speicher- und Entladekapazitäten nicht zufriedenstellend.
Ein effizienterer Eigenverbrauch lässt sich durch die Kombination der Photovoltaikanlage mit Elektromobilität erreichen. Über eine Wallbox E-Ladestation für Elektrofahrzeuge können Verbraucher einen Teil des erzeugten Stroms in ein E-Auto einspeisen und so nicht nur die Kapazitäten ihrer Photovoltaikanlage besser ausschöpfen, sondern auch die zusätzlichen Kosten durch Ladungen an der E-Tankstelle senken.
Photovoltaikanlage und E-Auto als zukunftsweisende Kombination
Die Nutzung von Eigenstrom für die Elektromobilität kann einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, E-Autos zu einer nachhaltigen und wirtschaftlichen Alternative zu Verbrennungsmotoren zu machen. Die Kombination einer leistungsfähigen Photovoltaikanlage mit der Stromversorgung des E-Autos ist sinnvoll, denn zumindest in sonnenreichen Monaten schöpft die in einem Haushalt benötigte Energie die Stromproduktion durchschnittlicher Anlagen nicht aus. Für den Betrieb eines E-Autos veranschlagt der ADAC einen Stromverbrauch von 2.000 kWh pro Jahr bei einer jährlichen Fahrleistung von 10.000 Kilometern. Selbst die doppelte Fahrleistung lässt sich bei einer Produktion von Solarstrom von durchschnittlich 8.000 kWh zusätzlich zur Stromversorgung rund um das Haus mithilfe der Photovoltaikanlage bestreiten.
Durch die Kombination von Photovoltaik und einer leistungsfähigen Wallbox Ladestation können Verbraucher also nicht nur ihren Eigenverbrauch auf ein wirtschaftliches Maß steigern, sondern auch ihre Mobilitätskosten senken. Bei Kosten von aktuell 42 Cent pro kWh Netzstrom und Bereitstellungskosten von durchschnittlich 10 Cent pro kWh Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage lassen sich die Fahrtkosten nach Angaben des ADAC pro 100 km von 6 auf 2 Euro reduzieren.
Voraussetzung für eine effiziente Kombination aus Photovoltaik und E-Mobilität ist eine moderne Wallbox, die sich optimal mit der Photovoltaikanlage verbinden lässt. Idealerweise ist eine smarte Energiemanagementtechnologie verarbeitet, die die Verteilung des erzeugten Stroms intuitiv regelt. Das bedeutet, dass der Stromverbrauch im Haushalt und der damit einhergehende Überschuss in sonnenreichen Zeiten so gesteuert wird, dass zu viel produzierter Strom weder in einen Stromspeicher noch in das Netz eingespeist wird, sondern direkt in die Wallbox fließt.
Energiemanagementsysteme können über eine manuelle Steuerung, zum Beispiel in Kombination mit einer Smart Home Technologie per App, genutzt werden. Noch effizienter ist die Installation einer intelligenten Wallbox, die präzise mit der Photovoltaikanlage kommunizieren und damit sicherstellen kann, dass möglichst viel vom erzeugten PV-Strom in die Autobatterie fließt und die Nutzung von kostspieligem Fremdstrom auf ein notwendiges Minimum reduziert wird.
Obwohl die Forschung an der zukunftsträchtigen E-Mobilität in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht hat, sind der intelligenten Technologie bislang noch Grenzen gesetzt. Für einphasig ladende E-Autos ist ein Stromüberschuss von mindestens 6 Ampere erforderlich, damit die erzeugte Energie aus der Photovoltaikanlage direkt in die Wallbox eingespeist wird. Das entspricht 1,4 kW. Da die meisten modernen E-Autos dreiphasig laden, ist sogar ein Überschuss von 4,2 kW notwendig, um die Direkteinspeisung vom Dach in die Wallbox zu gewährleisten. Das führt dazu, dass die Ladezeiten an der heimischen Wallbox trotz intelligentem Energiemanagementsystem von der Sonnenintensität abhängig sind und der selbst erzeugte Strom nicht gänzlich unabhängig genutzt werden kann.
Eine sinnvolle Ergänzung ist eine intelligente Wallbox, die eine automatische Phasenumstellung vornehmen kann und dafür sorgt, dass das E-Auto in sonnenarmen Stunden nur einphasig geladen wird und damit weniger Stromüberschuss benötigt. Wer gänzlich unabhängig bleiben möchte, sollte die Ladung per PV-Strom durch eine bedarfsgerechte Netzstromversorgung ergänzen oder auf einen leistungsfähigen Stromspeicher setzen.
Bidirektionales Laden: Das E-Auto als Stromspeicher
Überschüssige Solarenergie zu speichern und bei Bedarf, also in sonnenarmen Stunden, für die Nutzung bereitzustellen, ist aktuell noch ein Schwachpunkt moderner Photovoltaikanlagen. Zwar stehen Stromspeicher zur Verfügung, in denen der Überschuss zwischengelagert werden kann, doch diese sind noch sehr teuer und lassen im Hinblick auf ihre Effizienz zu wünschen übrig. Selbst leistungsfähige Lithiumspeicher stellen bei der Entladung nur rund 80 bis 90 Prozent der eingespeicherten Energie wieder zur Verfügung. Außerdem sind die Speicherkapazitäten begrenzt. Durchschnittlich 5 kWh Strom lassen sich in einem häuslichen Stromspeicher zwischenlagern.
Eine weitaus größere Speicherkapazität haben die Akkus moderner E-Autos. Durchschnittlich 50 kWh lassen sich dort je nach Modell speichern. Vor diesem Hintergrund rückt das bidirektionale Laden und damit die Funktion des E-Autos als Speicher für Solarenergie in den Fokus. Bidirektionales laden bedeutet, dass der Akku des E-Autos so konstruiert ist, dass er nicht nur Strom aufnehmen, sondern diesen auch wieder abgeben kann.
Ist das E-Auto mit einem modernen Akku ausgestattet, der bidirektionales Laden ermöglicht, kann überschüssiger Strom aus der Photovoltaikanlage direkt in den internen Speicher des Autos eingespeist und bei Bedarf über die Wallbox wieder in das Stromnetz des Haushaltes eingespeist werden. Dafür ist jeweils die Umwandlung von Wechselstrom zu Gleichstrom erforderlich, wenn der Strom aus der Wallbox in die Autobatterie fließt. Soll über die bidirektionale Ladefunktion gespeicherter Strom aus dem Akku wieder in die Wallbox und damit zurück in das Stromnetz des Haushaltes fließen, muss dieser wiederum von Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden. Dies erfolgt mithilfe einer intelligenten Smart-Grid-Technologie und einer Wallbox, die die Vehicle-to-Home-Funktion unterstützt. Die Ladung und Entladung erfolgen über ein hochleistungsfähiges Kabel, das große Strommengen in kurzer Zeit übertragen kann. Die aktuell entwickelte Technologie macht es so möglich, bis zu 11 kW aus dem Akku des E-Autos für das häusliche Stromnetz zur Verfügung zu stellen.
So lässt sich zusätzlich produzierter Strom nicht nur für eine kostengünstige E-Mobilität nutzen, sondern bei geringer Fahrleistung auch zwischenspeichern und für die Eigennutzung zur Verfügung halten. Das spart die Anschaffungskosten für einen teuren und wenig effizienten externen Stromspeicher und verhindert den Verlust kostbarer Energie an das öffentliche Stromnetz gegen eine geringe Einspeisevergütung.
Aktuell ist das bidirektionale Laden als Stromspeicheralternative technisch noch nicht ausgereift und an die Bedingung geknüpft, dass das E-Auto zum Zeitpunkt der Überschussproduktion an die Wallbox angeschlossen sein muss. Sollten in Zukunft aufbereitete Akkus aus E-Autos zur Verfügung stehen, könnten diese auch außerhalb des Fahrzeugs als effizienter Stromspeicher genutzt werden und nicht nur als Ersatz Akku für uneingeschränkte E-Mobilität dienen, sondern auch dafür sorgen, dass der Strom aus der Photovoltaikanlage stärker für den Eigenverbrauch und damit wirtschaftlicher genutzt werden kann.
