Die Energiewende ist in vollem Gange und auch die Automobilindustrie bringt vermehrt Fahrzeuge mit Elektroantrieb auf den Markt. Und das ist gut so. Denn E–Mobilität und erneuerbare Energien bilden eine zukunftsgerichtete Symbiose, um ökologischer und nachhaltiger zu fahren. Doch in Bezug auf die Ladethematik gab es bisher noch große Diskrepanzen zwischen Wunsch und Wirklichkeit: Denn in der Realität sind die Anliegen, eine Wallbox genehmigt zu bekommen sowie ausschließlich mit nachhaltiger Energie zu fahren, schwerer umzusetzen als gedacht. Bis jetzt. Ein innovativer Solarcarport leitet einen Wendepunkt für die E–Mobilität ein.
Seit einigen Jahren wird das Netz an E–Ladestationen ausgebaut. Zunächst nur an Tankstellen und öffentlichen Einrichtungen oder Parkplätzen, ziehen die Angebote immer größere Kreise. Laden am eigenen Unternehmen oder Laden am eigenen Haus, diese Optionen gibt es mittlerweile auch – oder nicht?
Vision trifft Wirklichkeit
Tatsache ist: Bisher braucht es für das Aufstellen eines Solarcarports trotzdem einen Netzanschluss an den örtlichen Versorger. Doch nicht immer wird die benötigte Wallbox genehmigt. Der Grund: Je nach Region ist die Anbindung an das örtliche Netz nicht möglich. Ohne diese Anbindung wird die nötige Wallbox jedoch nicht genehmigt, da nicht sichergestellt werden kann, dass regelmäßig ausreichend Energie zum Laden zur Verfügung steht. In der Theorie ist das Fahren mit grünem Strom somit eine tolle Entwicklung, in der Realität sieht die Umsetzung noch eher holprig aus. Doch der Bedarf an Ladestationen wird unausweichlich steigen, auch wenn die Anbindung über örtliche Netze nicht möglich ist. Hinzu kommt unser aller Wunsch, sich von den Energielieferanten sowie Atomenergie und fossilen Energien loszusagen. Somit sind zwei Herausforderungen zu bewältigen. Denn der Aufschwung der Elektromobilität wird in den kommenden Jahren einen rasant steigenden Mehrbedarf an Energie nach sich ziehen. Hier müssen Lösungen gefunden werden, den Mehrbedarf an Strom, den Elektrofahrzeuge in der Zukunft benötigen, nicht über herkömmliche Energiequellen zu decken. Sonst würde eine gute Vision zur Reduktion von Emissionen und Ausbeutung natürlicher Ressourcen nur zu einer Problemverlagerung durch intensivere Nutzung von Atomenergie und fossilen Energien führen.
Wie kann der Turnaround geschafft werden?
Wenn eine Wallbox für einen Solarcarport nicht genehmigt wird, weil das örtliche Stromnetz eine Anbindung nicht hergibt, wäre die Lösung eine Ladestation, die netzunabhängig ganz autark funktioniert. So weit die einfache Idee, die Vision sozusagen. Daraus ergeben folgende essenzielle Fragen:
- Wie hoch ist der reale durchschnittliche Verbrauch eines Klein– und Mittelklassewagens, eines Transporters und eines LKW mit Elektroantrieb?
- Was kann ein einzelnes Photovoltaikpanel leisten und wie groß müsste die Anlage sein, um auch bei schlechtesten Wetterverhältnissen ausreichend Ertrag für einen adäquaten Ladevorgang zu liefern?
- Gibt es bereits eine technische Systemlösung, die ein vollkommen autarkes, zu 100 Prozent grün erzeugtes Netz ermöglicht?
Um einfach vergleichen zu können, wurden dieVerbräuche eines Kleinwagens, eines Mittelklassefahrzeugs und eines Transporters aufgrund der Ergebnisse aus dem ADAC Ecotest 2022 herangezogen. Die Erhebung ergab einen durchschnittlichen Verbrauch von 21,6 kWh pro 100 Kilometer, bei adäquater Fahrweise und normaler Beladung. Veränderungen der Fahrweise, Beladung und Größe eines Fahrzeugs bringen einen enormen Wirkungsgradverlust mit sich. Insgesamt liegt die Spanne zwischen 16,3 kWh auf 100 Kilometer bei sparsamsten und etwa 30 kWh bei intensivstem Verbrauch.
Nun liegt der Bedarf bei einem Großteil der Autofahrer nicht bei 100 km pro Tag. Im Durchschnitt kommen Autofahrer auf rund 15.000 km pro Jahr. Das sind ungefähr 41 km pro Tag. Vielfahrer und Berufsfahrer kommen selbstverständlich auf höhere Werte. Umgerechnet in Energiebedarf müsste eine entsprechend autarke Solaranlange 3.240 kWh pro Jahr liefern.
Solarcarport: Die technische Umsetzung
Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und Erfahrung konnte ein effizient arbeitendes System aus vielen Einzelkomponenten und verschiedenen Technologien aufgebaut werden. Von der Auswahl, der Menge und Anordnung der Solarmodule über die Verbindung mit Wechselrichter, Batterie und Schaltschrank bis hin zur Installation der Wallbox: Jede mechanische, technische und digitale Veränderung wurde protokolliert. Probedurchläufe ergaben, dass 12 Module à 420 Watt nötig sind, um im Jahresdurchschnitt ausreichend Energie einzufahren. Dabei ergab eine Ausrichtung von 10 Grad senkrecht Optimalwerte. Mit dieser Justierung betrug die Nennleistung der PV–Anlage maximal 5,04 kWp. Selbstverständlich handelt es sich hier um den Spitzenwert, doch auch die durchschnittliche Energieleistung der Anlage lieferte mit dieser Justierung für alle getesteten Fahrzeuge sehr gute Werte. Zur Umwandlung und Speicherung wurden ein Off–Grid-Hybrid–Wechselrichter mit 10 kW und ein DC–Speicher mit 48 Volt in Form von 12 Blei– Gel–Akkus à 12 Volt/280 Ah installiert. Dieser im Schaltschrank enthaltene Batteriespeicher ist das Herzstück des Carports. Dank einer Speicherkapazität von 40 kWh kann genug Energie gespeichert werden, um Fahrzeuge auch über Nacht problemlos laden zu können. Somit geht auch dann, wenn gerade nicht geladen wird, keine Energie verloren. Um die Zeitspannen parkender Fahrzeuge mit effizienter Ladegeschwindigkeit und somit bestmöglicher Energiezufuhr auszufüllen, wird eine Wallbox mit einer Ladeleistung von maximal 7 kW eingesetzt.
Die Testphasen ergaben, dass das System ausreichend rein sonnengetragene Energie liefert, um in unseren Breitengraden im Jahresdurchschnitt bei einem Kleinwagen für 24.000 km, einem Mittelklassewagen für 17.000 km und einem Transporter immerhin noch für 12.000 km Reichweite zu sorgen. Dieses Ergebnis zeigt, dass Klein– und Mittelklassewagen bei einem normalen Reichweitenbedarf durchaus komplett über das von uns entwickelte System versorgt werden könnten. Bei der Entwicklung wurde der Wirkungsgradverlust zwischen Ladung und Leistung berücksichtigt. Die abgebildeten Werte und Ergebnisse beziehen sich somit auf reale Leistungswerte.
Ein kleiner Wermutstropfen
Zu berücksichtigen ist, dass es sich um Durchschnittswerte handelt und in den dunkleren Monaten zwischen Oktober und Februar durch den niedrigen Sonnenstand geringere tägliche Ladekapazitäten zur Verfügung stehen. In den dunklen Monaten besteht für große Reichweiten somit noch die Notwendigkeit, zuladen zu müssen, da die reine Sonnenmenge schlichtweg zu gering ist. Nichtdestotrotz kann ein Kleinwagen mit einem Durchschnittsverbrauch von 16,3 kWh pro 100 km in einem Monat wie dem Dezember immer noch 12 km rein durch den Ladevorgang über den Solarcarport fahren. Zwischen März und September liegt die Leistung bei 80 bis 90 km pro Tag. Somit bietet der Solarcarport Nutzerinnen und Nutzern am Ende einen Autarkiegrad von 80 Prozent.
Netzunabhängig mit grünem Strom auf die Straße
Der komplette Solarcarport wird bei TOPREGAL vorgerüstet. Der wettergeschützte Elektroschrank wird in den Werkshallen komplett verkabelt und aufbaufertig vorbereitet, sodass vor Ort nach dem Aufbauvorgang nur noch die Verbindungen gesteckt werden müssen. Auch der komplette Carport gehört zum Lieferumfang und folgt der Montage eines handelsüblichen Carports. Durch seinen technischen Aufbau und seine autarke Stromerzeugung entfällt die Genehmigungspflicht durch die Bundesnetzagentur. Das ist möglich, da das System in der Tat keinen zusätzlichen Netzanschluss benötigt. Aus diesem Grund können Nutzerinnen und Nutzer auch auf den Bezug von Strom aus nicht nachhaltigen Energiequellen verzichten und laden somit tatsächlich zu 100 Prozent grünen Strom. Lediglich die potenzielle Genehmigungspflicht zum generellen Aufbau des Carports sollte im eigenen Bundesland vorab ermittelt werden. Neben der Ladestation für Fahrzeuge bietet der Carport noch weitere funktionelle Gadgets: Zwei Schuko-Steckdosen liefern Energie für weitere akkubetriebene Endgeräte und die LED–Leuchte mit Bewegungsmelder sorgt auch bei Dunkelheit für optimale Ausleuchtung.
Leistungsdaten Solarcarport:
- PV–Leistung 5,0 kW (12 Module à 420 Wp)
- DC–Speicher 48 Volt und 40 kWh Speicherkapazität (12 Blei–Gel–Akkus à 12 Volt/280 Ah)
- Wallbox (7,0 kW Ladeleistung max.)
- Off–Grid-Hybrid–Wechselrichter (10 kW)
- 2 x 230–Volt–Steckdosen
