In diesem Artikel schauen wir uns an, wie viel Photovoltaik man für ein E-Auto wirklich braucht und welche Faktoren zu berücksichtigen sind, wenn man das Elektroauto mit der Solaranlage aufladen möchte.
Eine kurze Zusammenfassung:
In der kalten Jahreszeit und den Wintermonaten kann die PV-Anlage nicht groß genug sein. Die Tagesdauer (Zeit zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang) ist im Winter deutlich kürzer, außerdem ist die Globalstrahlung im Monatsverlauf deutlich geringer, wodurch die nutzbare Ladeleistung nur sehr gering ist.
Zum Laden vom E-Auto ist eine PV-Anlage von mindestens 10 kWp empfehlenswert, erstrebenswert sind sogar 20 kWp und mehr.
Rein bilanziell reicht eine kleine PV-Anlage für das Elektroauto aus
Bilanzieller Stromverbrauch bedeutet: Die Erzeugung von Solarstrom pro Jahr reicht für den Stromverbrauch vom Elektroauto rechnerisch aus. Benötigt das E-Auto z.B. 200 Wh pro km bei einer Jahresfahrleistung von 12.000 km, werden im Jahr 2.400 kWh benötigt.
Der durchschnittliche Jahresverbrauch eines E-Autos kann mit einer Photovoltaikanlage mit einer Nennleistung von 2,4 - 3,0 kWp gedeckt werden.
Je nach E-Automodell, Fahrkilometer und Fahrweise ändert sich der Strombedarf und somit die Anforderung an die Größe der PV-Anlage. Für eine bessere Einschätzung folgt eine Tabelle mit weit verbreiteten Modellvarianten von E-Autos:
Stromverbrauch von E-Autos (Tabelle)
Allerdings ist dieser Sachverhalt für den Anlagenbetreiber unbedeutend, denn was zählt ist nicht die bilanzielle Betrachtung, sondern die Realität.
Bilanzielle Betrachtung ist nicht ausreichend
In der Realität gibt es folgenden Konflikt: Die Stromerzeugung der PV-Anlage kann nicht vollständig selbst verbraucht werden. Tatsächlich liegt der typische Eigenverbrauch eines Haushalts mit Solaranlage bei etwa 20 Prozent.
Das gezielte Laden vom E-Auto (oder die Verwendung eines Stromspeichers) verbessert dieses Verhältnis zwar, dennoch kommt man nicht ansatzweise an 100 Prozent heran. Siehe nachfolgende Abbildung von PV-Erzeugung und Eigenverbrauch.
Stromflüsse PV-Anlage und Verbrauch.
© eigene Grafik – Screenshot von SolarEdge Monitoring
Wie groß muss die Photovoltaikanlage für ein E-Auto sein?
Die Solaranlage muss so groß sein, sodass sie den individuellen Bedürfnissen entspricht. Es gibt eine hohe Anzahl an Variablen, welche diese Antwort stark beeinträchtigen:
- welches E-Auto wird verwendet?
- wie ist der Fahrstil (ökologisch, normal, sportlich)?
- wie viele km werden pro Jahr gefahren?
- wie wird das Elektroauto geladen (dynamisch über Wallbox, Steckdose, etc)
- zu welchen Zeiten soll das Auto geladen werden?
- soll das E-Auto hundertprozentig mit Sonnenstrom geladen werden, oder reichen auch 80 Prozent, oder 60 Prozent?
- wie sieht das eigenen Lastprofil aus? Wann wird wie viel Strom verbraucht?
- soll neben dem Auto auch der Haushalt mit Solarstrom versorgt werden?
- soll die PV-Anlage auch noch Teil der Heizung sein, soll ein Stromspeicher verwendet werden?
Wie wir sehen, ist eine individuelle Betrachtung schwierig. Dennoch schauen wir uns jetzt die wichtigsten Faktoren für eine Entscheidung genauer an.
Das saisonale Problem, das Elektroauto zu laden
Es gibt bei Photovoltaikanlagen einen starken saisonalen Effekt. Im Sommer steht deutlich mehr Solarenergie zur Verfügung, als im Winter. Die überschüssige Energie vom Sommer fehlt in der kalten Jahreszeit zum Aufladen vom Elektroauto.
In den Sommermonaten (Juni, Juli, August) ist der Ertrag der PV-Anlage etwa 4-5 Mal höher.
Jahresübersicht PV-Ertrag. Unterschied Sommer & Winter.
© eigene Grafik – Screenshot von SolarEdge Monitoring
Im Sommer ist die Direktstrahlung der Sonne wesentlich stärker, weil der Sonnenstand höher ist und damit der Weg zwischen Atmosphäre und Solarmodul geringer ist.
Im Winter steht die Sonne viel flacher am Himmel und Sonnenstrahlen haben einen längeren Weg in der Atmosphäre (mehr dazu siehe Air Mass). In den Wintermonaten trägt die Direktstrahlung nur zu einem kleinen Teil zur Stromproduktion bei, entscheidender ist die Diffusstrahlung.
Das Resultat: Im Winter arbeitet die Photovoltaikanlage meistens weit von der Spitzenleistung entfernt. Mehr dazu im Artikel über Photovoltaikanlagen im Winter.
Wie viel Energie von der PV-Anlage braucht man, um das E-Auto aufzuladen?
Das E-Auto wird mittels Wallbox dynamisch geladen. D.h. es wird immer nur so viel Solarstrom geladen, wie auch gerade verfügbar ist. Typischerweise wird dazu ein Starkstromanschluss (Drehstrom) mit einer maximalen Ladeleistung von 11 kW (16 A) oder 22 kW (32 A) verwendet.
Schauen wir uns das an einem Beispiel an:
Das E-Auto wird jeden Tag im Durchschnitt 20 km bewegt und verbraucht dabei 200 Wh/km. In der Woche werden also 0,2 kW/km × 20 km × 7 Tage = 28 kW.
Die meiste Solarenergie steht in den Mittagsstunden zur Verfügung. Wenn im Sommer in der Mittagszeit geladen werden kann, dann wird der Akku vom E-Auto relativ schnell voll sein.
In der folgenden Grafik sieht man die verfügbare Leistung einer PV-Anlage (mit 10 kWp Nennleistung) an einem einen typischen Sommertag:
Leistungskurve PV-A (10kWp) an normalen Sommertag.
© eigene Grafik – Screenshot von SolarEdge Monitoring
Die Batterieladung vom E-Auto am Mittag bis zum frühen Vormittag kann hier mit 3-5 kW erfolgen, wenn auch noch Ladeverluste und die anderen Verbraucher im Haushalt berücksichtigt werden.
Ab 18 Uhr liefert die Solaranlage nur noch 1 kW, wodurch nur noch sehr langsam aufgeladen werden kann.
Schauen wir uns das Ganze an einem sehr schlechten Tag im Winter (Worst Case) an:
Leistungskurve PV-A (10kWp) an schlechten Wintertag.
© eigene Grafik – Screenshot von SolarEdge Monitoring
Wie wir sehen, lässt sich der Akku an diesem Tag (im besten Fall) mit ein paar hundert Watt laden, wodurch sich die benötigte Ladedauer exorbitant steigert. Auch ist klar, dass das E-Auto am Abend überhaupt nicht geladen werden kann, weil die Sonne im Winter so früh untergeht.
An manchen Wintertagen bringen die PV-Module dann aber doch etwas mehr Energie und es kann mit 1000 - 2000 W in den Mittagsstunden geladen werden.
Fazit: Empfehlung zur Größe der PV-Anlage für E-Autofahrer
Der Energiebedarf vom Elektroauto ist sehr hoch und steht in Konkurrenz zu allen anderen Haushaltsgeräten, die auch von der PV-Anlage versorgt werden wollen.
Wie wir gesehen haben, bringt Photovoltaik in Deutschland in der kalten Jahreszeit im Vergleich nicht sehr viel. Soll der zum E-Auto laden verwendete Strom hauptsächlich vom eigenen Dach kommen, muss die Photovoltaikanlage möglichst groß gewählt werden. Es ist empfehlenswert, die gesamte Dachfläche auszuschöpfen.
Sind mehrere Dachflächen vorhanden, wie beim Satteldach oder Walmdach, lohnt es sich womöglich mehrere Seiten zu belegen. Hochleistungssolarmodule verbessern die Ausbeute pro Quadratmeter noch einmal.
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Der Bericht ist wirklich sehr interessant. Die Menge überrascht mich auch positiv. Ich habe auch schon von einer Förderung für Wallboxen gehört.