Sonnenoptimiert laden

Wenn der Besitzer einer Photovoltaikanlage seinen Eigenverbrauch erhöhen, aber kein Speichersystem anschaffen will, hat er wenig Möglichkeiten. Denn die Zahl der elektrischen Großverbraucher in einem Haushalt ist überschaubar. Deswegen werden auch das Heizen mit Solarstrom und das Laden von Elektrofahrzeugen zur Erhöhung des Eigenverbrauchs propagiert. Letzteres ist in Haushalten noch nicht weit verbreitet. Das zeigt sich auch daran, dass es nur wenige Ladeeinrichtungen für Privathaushalte gibt, die die Photovoltaikanlage in das Lade- und Energiemanagement einbeziehen können.

Wie viele Hersteller von Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge es überhaupt gibt, ist nicht in einer offiziellen Statistik erfasst. In Europa sind es nach Angaben eines Herstellers von Ladesystemen mehrere hundert, in Deutschland ein paar Dutzend. Der Bundesverband E-Mobilität zählt 25 Hersteller von Ladesäulen zum Aufstellen und Wallboxen für die Wandmontage unter seinen Mitgliedern. Darunter sind allerdings auch Anbieter von Solarcarports mit integrierter Ladestation von Fremdherstellern.

Eine Handvoll Hersteller

Grenzt man die Recherche auf die Hersteller von Ladestationen für den privaten Bereich und noch dazu mit möglicher Anbindung einer Photovoltaikanlage ein, so schrumpft die Zahl stark zusammen. Schletter, Mennekes Elektrotechnik, Schneider Electric und Siemens bieten solche Systeme an – vielleicht kommen noch zwei, drei andere dazu.

Denn ihre Funktion ist komplexer, als es zunächst erscheint. Ähnlich wie Batteriespeichersysteme sind sie eine Schnittstelle zwischen mehreren technischen Disziplinen. Die Herausforderung ist die Steuerungselektronik, die die Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug, Photovoltaikanlage und Haustechnik regelt. Hierfür ist ein ausgeklügeltes Energiemanagement notwendig.

Eine der größten Fragen ist allerdings, ob die Ladeleistung an die Höhe der Solarleistung angepasst werden kann. Wenn die Solaranlage nur drei Kilowatt liefert, kann der Ladestrom dann so geregelt werden, dass das Auto dann auch nur mit drei Kilowatt geladen wird? Oder muss der Energiemanager, wenn er sich für das Laden entscheidet, zusätzlich Netzstrom nutzen? Elektroautos lassen eine solche Anpassung nicht unbedingt zu, es geht derzeit meist nur über die Hintertür.

In Bezug auf die Hardware müssen Schnittstellen vorhanden sein. Und es muss eine Software entsprechend programmiert und getestet werden. Das Energiemanagementprogramm muss erfassen, wann genügend Solarstrom zum Aufladen des Fahrzeuges zur Verfügung steht. Ebenso muss berücksichtigt werden, ob die Leistung voraussichtlich lange genug zur Verfügung steht, so dass das Fahrzeug überhaupt mit dem Laden beginnen kann. Diese Mindestdauer ist bei den unterschiedlichen Fahrzeugtypen unterschiedlich lang.

Auch der schwankende Verbrauch von Solarstrom im Haushalt kann berücksichtigt werden, zum Beispiel wenn gerade gekocht wird. Denn dies führt dazu, dass mal mehr, mal weniger Solarstrom für den Ladeprozess vorhanden ist. „Aus diesen Kurven muss eine sinnvolle Autoladung ermittelt werden“, erklärt Hans Urban, stellvertretender Geschäftsführer bei Schletter. Auch muss definiert werden, wie lange Netzbezug zugelassen wird, bevor das Laden der Fahrzeugbatterie abgebrochen wird.

Schön ist es auch noch, wenn der Benutzer eingeben kann, wann er spätestens losfahren will. Denn sonst weiß das Energiemanagementsystem ja nicht, wann es im Zweifelsfall mit Netzstrom laden soll.

Mit neuer Ladesteckernorm

Die zugrunde liegende Norm für das Beladen von Elektrofahrzeugen ist die IEC 62196 für Steckertypen und Lademodi. Darüber hinaus wurde in Bezug auf die Standardisierung gerade ein großer Schritt gemacht, über den sich vor allem Mennekes Elektrotechnik, einer der führenden Hersteller von Ladesystemen, freuen dürfte. Das Unternehmen mit Sitz in Kirchhundem im Sauerland hat den Typ-2-Ladestecker entwickelt, der vor wenigen Wochen von der EU-Kommission zum Standard in Ladeinfrastrukturen ab 2017 erklärt wurde. Fahrzeuge, die einen Typ-1-Stecker haben, wie es vor allem bei japanischen und amerikanischen Elektrofahrzeugen der Fall ist, müssen bis dahin umgerüstet werden. Der Typ-1-Stecker unterstützt nur das einphasige Laden, was sich durch die einphasigen Hausinstallationen in Japan und den USA erklärt. Steckertyp 2 unterstützt das ein- und dreiphasige Laden, bei dem höhere Ladeleistungen und kürzere Ladezeiten möglich sind. Fünf Jahre dauerte die Entwicklung bei Mennekes, bevor das Unternehmen auf der Fachmesse Light + Building in Frankfurt im März seine Heimladestation Amtron vorstellte.

Bei der Wallbox von Mennekes kann man zum Beispiel einstellen, dass sie nur dann lädt, wenn der Strom günstig ist, sofern der Energieversorger unterschiedliche Tarife hat. Die Station kann auch mit einer Netzsteuerungsfunktion vom Energieversorger betrieben werden und laden, wenn große Mengen an regenerativem Strom im Netz sind und verbraucht werden sollen. Und sie kann die Photovoltaikanlage auf dem Dach einbinden. Das Energiemangement übernimmt in dem Fall der Sunny Home Manager von SMA, mit dem Mennekes kooperiert. Der Home Manager teilt der Wallbox mit, wie hoch der Ladestrom sein darf. Über die sogenannte Charge App von Mennekes kann der Ladevorgang weiterhin gestartet, kontrolliert und gestoppt werden. Die Station gibt es mit den Ladeleistungen von 3,7 Kilowatt, 11 und 22 Kilowatt sowie in 36 Varianten von einer einfachen bis umfangreichen Ausstattung. Bezogen werden können die Systeme über Elektrofachleute, die von Mennekes geschult wurden und die auf der Websitewww.meineladestation.de aufgelistet sind.

Nur mit Batteriespeichersystemen

Auch Schneider Electric, Spezialist für Energiemanagement und Automation, hat sein System Schneider Electric Prosumer Home auf der Light + Building 2014 der Öffentlichkeit präsentiert. Udo Neumann, Leiter des Bereichs Prosumer Programms bei Schneider Electric, bezeichnet es als „intelligentes Haussteuersystem für erneuerbare Energien und Elektromobilität“. Es besteht aus der Ladestation EVlink, dem KNX-Energiemanagementsystem, Monitoringkomponenten, Laderegler, Wechselrichter und einem Webserver. Das System könne unter dem Markennamen Merten KNX über den Großhandel bezogen werden, sagt Neumann.

Das Energiemanagement wertet die Verbrauchsdaten der Elektrogeräte und die Erzeugungsleistung der Solaranlage aus. Es lässt sich ein Schwellenwert einstellen, ab dem die Ladesäule einschaltet. Abhängig von unterschiedlichen Schwellenwerten können die Verbraucher zu- oder abgeschaltet werden. Der Hausbesitzer kann auf Touch-Panels die für ihn sinnvollsten Schaltprioritäten oder Schaltreihenfolgen vorgeben.

Die Ladeleistung passt das Gerät aber nicht an die zur Verfügung stehende Solarleistung an. Neumann sieht als sinnvolle Lösung vor allem eine Kombination mit einem Batteriespeicher, den das EVlink-System auch vorsehe. Denn nur damit sei sichergestellt, dass die Solarleistung auch dann für das Elektroauto zur Verfügung steht, wenn es in der Garage steht. Die Frage ist natürlich, wie groß die Batterie sein muss, damit sie signifikant geladen werden kann. Wenn die Autobatterien durch den Speicher vollständig aufgeladen werden sollen, müssten sie 20 oder mehr Kilowattstunden Speicherkapazität haben, was ziemlich ins Geld geht. Neumann sieht aber sowieso nicht, dass dieses Segment so sehr an der Frage der Wirtschaftlichkeit hängt. „Auch die Entscheidung für ein Elektroauto ist keine rein ökonomische, sondern häufig auch eine ökologische“.

Säule vom SolarpionierDer Hersteller von Solarmontagesystemen Schletter ist mit seinem Ladesystem P-Charge schon seit mehreren Jahren auf dem Markt. Im Programm hat Schletter Ladesäulen für den öffentlichen Bereich sowie Wallboxen für private Nutzer und halböffentliche Einsatzbereiche. Seit 2013 gibt es die P-Charge Wallbox mit zwei Steckdosen für Firmen und Kaufhäuser, seit Anfang dieses Jahres die P-Charge Wallbox Mono mit einer Steckdose für private Nutzer. Die Einbindung einer Solarstromanlage ist optional. Hierfür bietet Schletter das Erweiterungskit SmartPvCharge an, das zusätzlich bezogen werden kann. Das erste Prototypsystem ist seit etwa eineinhalb Jahren im Praxistest. Es lädt – je nach Benutzereinstellung – das Auto entsprechend der Leistung der Photovoltaikanlage. Da die Autos die Ladeleistung selbst bestimmen wollen, wird das über die Hintertür realisiert. Schletter nutzt dazu die Möglichkeit, dem Elektroauto mitzuteilen, wie hoch die elektrische Absicherung der genutzten Ladeleistung ist. Setzt man diesen Wert runter, lädt das Auto mit einem niedrigeren Ladestrom.

„Elektromobilität macht nur Sinn mit Strom aus regenerativen Quellen“, erklärt Urban das frühe Engagement für „sonnenoptimiertes Laden“, wie er es nennt. Von der Wallbox Mono hat er noch keine 100 verkauft, die Tendenz sei aber „recht positiv“.

Seit der Markteinführung konnte Schletter bereits einige Erfahrungen sammeln. Hans Urban sagt, er habe die Kompatibilität mit vielen Autotypen getestet. „Trotz aller Normungsanstrengungen in den Ladeverfahren stellt sich in der Erprobung immer wieder heraus, dass der Teufel, wie immer, im Detail steckt und viele Sonderfälle gelöst werden müssen“, sagt Urban offen. Bis auf eine Ausnahme ließ sich mit der Ladesäule der Ladestrom wie gewünscht einstellen. Und der Hersteller des Autos, bei dem es nicht ging, habe auf seine Anfrage schnell reagiert und mitgeteilt, dass das Problem im nächsten Software-Update behoben werde. „Als Nächstes stehen bei uns bereits weitere Phasen der Praxiserprobung an, insbesondere die Kompatibilität und mögliche Priorisierungen des Lademanagements mit anderen Maßnahmen wie zum Beispiel Speicher im Haushalt oder auch thermische Nutzung der verbleibenden PV-Überschüsse.“

Für Autohersteller noch zu uninteressant

Den Vorbehalt, dass das Auto tagsüber nicht zu Hause stehe und deshalb nicht zu den optimalen Zeiten geladen werden könne, kennt Urban natürlich auch. Solch eine Ladeeinrichtung sei aber zum Beispiel für einen Zweitwagen eine sinnvolle Sache.

Einwände gibt es auch von Seiten einiger Automobilhersteller. So manch einem gefällt es nicht, wenn externe Ladestationen die Ladegeschwindigkeit regeln. Autoherstellern ist es lieber, wenn ihre Autoelektronik dies übernimmt, denn immerhin müssen sie die Garantie für die Batterien in den Elektrofahrzeugen übernehmen. Udo Neumann von Schneider Electric kennt diese Bedenken. „Das muss man respektieren, denn die Haftung für die Batterie liegt bei dem Hersteller.“ Auch aus Kundensicht sei es sinnvoll, da die Nutzer ein Auto, das eine abgeschlossene Einheit sei, in einem zuverlässigen Zustand haben wollten. Andere Experten geben allerdings zu bedenken, dass es wenig Gründe gebe, warum die Batterie daran Schaden nehmen sollte, wenn eine Ladestation die Ladegeschwindigkeit bestimme.

Audi will sich zu möglichen Bedenken nicht äußern, sondern verweist auf sein Vorgehen. „Mit dem A3 e-tron, dem Plug-in-Hybrid von Audi, werden wir eine sogenannte Wallbox anbieten, das heißt eine Ladestation für den privaten Gebrauch“, sagt Tim Fronzek, Pressesprecher für den Bereich Technologie und Innovation bei Audi. Die Einbindung der heimischen Photovoltaikanlage ist dabei aber nicht geplant.