E-AUTO KOSTENGÜNSTIG LADEN MIT
FRONIUS
Feature Guide
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E-Auto kostengünstig laden mit Fronius
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© Fronius International GmbH
Version 1 04/2021
Produktmarketing
Solar Energy
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INHALTSVERZEICHNIS
1 Allgemeine Informationen ..............................................................................................................4
1.1 Vorteile der Kombination aus Photovoltaik und E-Mobilität ..............................................................4
1.1.1 Monetäre Vorteile ..............................................................................................................................4
1.1.2 Schonung der Batterie des Elektrofahrzeugs ...................................................................................7
1.2 Unterscheidung der Ladeformen ......................................................................................................7
1.2.1 Ladung mit Wechselstrom (AC) ........................................................................................................7
1.2.2 Ladung mit Gleichstrom (DC) ...........................................................................................................8
1.3 Reichweite und Verbrauch ................................................................................................................8
1.4 Begrenzende Faktoren bei der Ladung von Elektrofahrzeugen .......................................................9
2 Ladelösungen in Kombination mit Fronius Wechselrichtern ................................................. 10
2.1 Dynamisches PV-Überschussladen .............................................................................................. 10
2.1.1 Monetäre Auswirkungen der dynamischen PV-Überschussladung .............................................. 10
2.1.2 Funktionsprinzip ............................................................................................................................. 15
2.1.3 Übersicht von kompatiblen Ladelösungen zur dynamischen PV-Überschussladung ................... 17
2.2 Laden mit dem integrierten Energiemanagement der Fronius Wechselrichter ............................. 19
2.2.1 Monetäre Auswirkungen der Ladung mit dem wechselrichterintegrierten Energiemanagement .. 19
2.2.2 Funktionsprinzip ............................................................................................................................. 23
2.2.3 Übersicht von kompatiblen Lösungen für die Ladung mit dem wechselrichterintegrierten
Energiemanagement .................................................................................................................................. 25
2.3 Manuelles Laden mit PV-Energie .................................................................................................. 26
2.3.1 Monetäre Auswirkungen der manuellen Ladung mit PV-Energie .................................................. 27
2.3.2 Übersicht von kompatiblen Lösungen für die manuelle Ladung mit PV-Energie .......................... 32
3 Batteriespeicher in Kombination mit einem Elektroauto......................................................... 33
4 Fazit ............................................................................................................................................... 35
5 Anhang .......................................................................................................................................... 36
5.1 Annahmen für die Berechnungen .................................................................................................. 36
5.2 Beschreibung der Ladeprofile ........................................................................................................ 37
5.3 Übersicht über alle kompatiblen Ladelösungen ............................................................................. 38
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1 ALLGEMEINE INFORMATIONEN
Ein großer Bestandteil der Vision 24 Stunden Sonne von Fronius ist die Integration bzw. Elektrifizierung aller
Energiesektoren. Die Mobilität ist dabei einer der energieintensivsten Sektoren. Um die Energiewende
voranzutreiben und eine nachhaltige Zukunft zu ermöglichen, ist der Umstieg auf Elektrofahrzeuge essenziell.
Sowohl im privaten Individualverkehr als auch im gewerblichen Sektor. Fronius Wechselrichter ermöglichen
die einfache Integration des Sektors E-Mobilität in die Photovoltaik. In diesem Paper sollen die verschiedenen
Ladevarianten mit Fronius Wechselrichtern aufgezeigt und die jeweiligen Vorteile beschrieben werden.
Außerdem soll es einen Überblick über die gängigsten Ladelösungen im Bereich E-Mobilität bieten.
1.1 Vorteile der Kombination aus Photovoltaik und E-Mobilität
Die Photovoltaik und die E-Mobilität ergänzen sich optimal – sie bilden sozusagen ein perfektes Match. In
diesem Kapitel wird erläutert, wie sich die Kombination von PV und Elektromobilität sowohl monetär als auch
auf die Batterie des Elektrofahrzeugs (vorteilhaft) auswirkt.
1.1.1 Monetäre Vorteile
In den Anfangszeiten der Photovoltaik wurde meist 100% der erzeugten Solarenergie in das öffentliche
Stromnetz eingespeist. Der Grund dafür lag in den hohen Einspeisevergütungen, die bis zu 40 Eurocent/kWh
ausmachen konnten. In den letzten Jahren entwickelte sich der Trend in den meisten Ländern jedoch in
Richtung Eigenverbrauch. Es ist mittlerweile wirtschaftlicher, die selbst produzierte Energie aus der PV-Anlage
im eigenen Haushalt zu verbrauchen, da die Einspeisevergütungen unter den Strombezugskosten liegen. Das
Ziel sollte daher immer die Maximierung des Eigenverbrauchs sein.
Auch Elektrofahrzeuge benötigen natürlich elektrische Energie – und zwar eine ganze Menge. Das Laden des
Elektrofahrzeugs mit der Energie aus der eigenen PV-Anlage hat somit mehrere Vorteile:
/ Maßgebliche Erhöhung der PV-Eigenverbrauchsquote
/ Schnellere Amortisation des PV-Systems
/ Günstigste Energie für das Elektrofahrzeug
/ Emissionsfreie Energie für das E-Auto
/ Reduzierte Abhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz
Der Verbrauch eines Elektroautos liegt typischerweise zwischen 15 und 18 kWh pro 100 km. Mit einem
klassischen Stromtarif von rund 0,3 € pro kWh (Deutschland) kosten 100 km Fahrleistung mit einem
Elektroauto somit rund fünf Euro. „Tankt“ man jedoch sein Elektroauto ausschließlich mit Sonnenstrom, so
entstehen Kosten von lediglich einem Euro pro 100 km. Wie kommt man nun auf diesen einen Euro? Bei
einer typischen PV-Anlage rechnet man mit Investitionskosten von rund 1200 € pro kWp installierte Leistung.
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Außerdem werden ein Ertrag von 1000 kWh/kWp (Deutschland) sowie eine Nutzungsdauer von mindestens
20 Jahren angenommen. Rechnet man sich jetzt den Preis pro kWh selbst erzeugter PV-Energie aus, so
kommt man auf 6 Cent pro kWh. Bei einem Verbrauch des Elektroautos von 16 kWh/100km ergeben sich
somit Kosten von rund einem Euro*. Folglich ist es insgesamt um ein 5-faches günstiger mit eigener
PV-Energie zu laden!
Wie sich die unterschiedlichen Ladevarianten im Detail monetär auswirken können, wird im Kapitel 2
beschrieben.
*Die Berechnungen sind vereinfacht. Kapitalkosten, Reparaturen, Wartung sowie Moduldegradation sind
nicht enthalten. Jedoch kann die Anlage auch länger als 20 Jahre betrieben werden.
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Folglich soll auch noch ein Energiekostenvergleich zwischen einem Elektroauto und einem Auto mit
Verbrennungsmotor über 10 Jahre angestellt werden.
Folgende Annahmen wurden getätigt:
/ 20.000 km Fahrleistung pro Jahr
/ 10 Jahre Fahrbetrieb
/ Verbrauch E-Auto: 16 kWh/100 km
/ Verbrauch Verbrenner: 7l/100 km
/ Durchschnittlicher Preis pro Liter Kraftstoff für Verbrenner: €1,3 (Stand 2021 - Deutschland)
/ Alle weiteren Annahmen für das Elektroauto (Strombezugspreise aus dem Netz,
Strompreissteigerung/Jahr etc.) wurden aus der Tabelle im Anhang übernommen
Abbildung 1: Kostenvergleich eines Elektroautos und eines Autos mit Verbrennungsmotor
Wie in Abbildung 1 ersichtlich ist, belaufen sich die Kosten der Elektroautoladung in Kombination mit
Photovoltaik auf lediglich rund 4500 € über 10 Jahre. Die Ladung des E-Autos ohne PV-Energie beläuft sich
auf ca. 11.000 €. Natürlich ist diese Ladung stark vom Strombezugspreis abhängig. Am schlechtesten
schneidet das Auto mit Verbrennungsmotor ab. Alleine die Kosten für den Kraftstoff belaufen sich auf ca.
18.200 in 10 Jahren. Die höheren Service- und Wartungskosten für Autos mit Verbrennungsmotoren sowie
die mögliche Preissteigerung für Diesel und Benzin sind bei dieser Berechnung nicht berücksichtigt.
Es kann somit schlussgefolgert werden, dass die Kombination aus Photovoltaik und E-Mobilität die
wirtschaftlichste Lösung zur Ladung eines Elektrofahrzeugs darstellt.
4500
11000
18200
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
Elektroauto mit PV-
Ladung (dynamisch)
Elektroauto ohne PV-
Ladung
Auto mit
Verbrennungsmotor
Energiekosten in
€
Vergleich der Energiekosten Elektroauto vs.
Auto mit Verbrennungsmotor (über 10 Jahre)
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1.1.2 Schonung der Batterie des Elektrofahrzeugs
Ein wichtiger Faktor bei der Entscheidung für ein Elektroauto ist die Lebensdauer der Batterie. Diese hängt
unter anderem stark von der Ladeform ab. Eine zu starke oder zu schwache Beanspruchung der Batterie kann
sich nachteilig auf die Lebensdauer auswirken. Wird beispielsweise eine Batterie mit einer Kapazität von 30
kWh mit einer Leistung von 60 kW oder mehr geladen, dann ist diese schneller voll. Jedoch werden die Zellen
der Batterie dabei übermäßig beansprucht. Dies kann die Lebensdauer der Batterie negativ beeinflussen.
Fälschlicherweise könnte man daher annehmen, dass die Batterie so langsam wie möglich geladen werden
sollte. Dies ist jedoch ebenso nicht der optimale Weg. Während des Ladevorgangs liegt an den Zellen eine
höhere Spannung an als im Normalzustand. Dies führt während des Ladevorgangs zur Alterung der
Batteriezellen. Je länger der Ladevorgang andauert, desto stärker sind die Alterungserscheinungen. Es ist
daher ratsam einen guten Mittelweg hinsichtlich der Ladeleistung und der Ladedauer zu finden.
Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der Ladung mit PV-Überschuss. In Kombination mit einer PV-Anlage wird
ein Fahrzeug meist mit Leistungen zwischen 4 und 8 kW versorgt. Diese Ladeleistung stellt einen optimalen
Kompromiss zwischen zu schneller und zu langsamer Ladung dar. Die Ladung in Kombination mit einem PVSystem wirkt sich folglich positiv auf die Lebensdauer der Batterie des Elektrofahrzeugs aus.
1.2 Unterscheidung der Ladeformen
Es gibt zwei Möglichkeiten, die Batterie eines Elektrofahrzeuges aufzuladen. Man unterscheidet zwischen der
Wechselstrom (AC) – und der Gleichstromtechnologie (DC). Die beiden Technologien unterscheiden sich
dabei sowohl bei den Ladesteckern als auch bei der benötigten Ladeinfrastruktur. Hierbei spricht man von
Ladestandards, von denen sich im europäischen Raum die drei wesentlichen Steckerarten Typ 2, CHAdeMO
und CCS durchgesetzt haben.
1.2.1 Ladung mit Wechselstrom (AC)
Die Ladung mit Wechselstrom ist die gängigste Art der E-Auto Ladung. Jedes Elektroauto ist dafür geeignet,
mit Wechselstrom geladen zu werden. Das On-Board-Ladegerät des Fahrzeugs wandelt hierfür den
Wechselstrom in Gleichstrom um, der für die Ladung der Batterie benötigt wird. Je nach verbautem Ladegerät
kann die AC-Ladeleistung variieren. Ein VW e-up! lädt beispielsweise nur mit 3,7 kW, wohingegen ein aktueller
Renault ZOE mit bis zu 22 kW lädt und damit deutlich schneller wieder voll ist. Zur Absicherung und
Kommunikation mit dem Fahrzeug benötigt man nun noch eine Ladebox. Diese gewährleistet meist zuhause
oder an halböffentlichen Plätzen – etwa einem Firmengelände oder Parkhäusern – eine sichere und
komfortable Aufladung von Elektroautos. Klassische 230V-Haushaltssteckdosen sollten aufgrund der langen
Ladezeiten und der Problematik der dauerhaft hohen Belastungen nicht verwendet werden. Daher wird für die
Ladung mit Wechselstrom in der Europäischen Union hauptsächlich der Typ 2 Stecker wie in der folgenden
Abbildung verwendet:
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Abbildung 2: Typ 2 Ladestecker für Elektrofahrzeuge
1.2.2 Ladung mit Gleichstrom (DC)
Bei manchen Elektroautos gibt es eine schnellere Alternative zum AC-Laden: die Gleichstrom- oder auch DCLadestation. Der Strom wird hier direkt in die Batterie geladen. Diese sogenannten Schnellladestationen
ermöglichen hohe Ladeleistungen. Nissan LEAF erlaubt beispielsweise bis zu 50 kW Ladeleistung, Hyundai
Ioniq bis zu 70 kW und Tesla derzeit bis zu 250 kW. Allerdings sind DC-Ladestationen deutlich teurer als ACLadestationen und werden daher hauptsächlich im öffentlichen Bereich eingesetzt. Außerdem kann sich eine
schnelle Ladung wie in Kapitel 1.1.2 beschrieben nachteilig auf die Lebensdauer der Batterie auswirken.
1.3 Reichweite und Verbrauch
Die nutzbare Batteriekapazität eines Fahrzeugs variiert stark nach Type und Hersteller. Kleine Stadtfahrzeuge
bieten Kapazitäten von 20 kWh, während Reiselimousinen bis zu 120 kWh speichern können. Je nach
Batteriegröße und Verbrauch des Fahrzeugs ergeben sich somit unterschiedliche Reichweiten von 150 bis
700 km Reichweite. Der typische Verbrauch der meisten Elektrofahrzeuge liegt bei ungefähr 16 kWh auf 100
km. Damit ermöglicht zum Beispiel ein Fahrzeug mit einem 64 kWh Akku eine Reichweite von 400 km bei
einem Verbrauch von 16 kWh/100 km.
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1.4 Begrenzende Faktoren bei der Ladung von Elektrofahrzeugen
Die maximal erreichbare Ladeleistung eines Elektrofahrzeuges hängt grundsätzlich von 4 Faktoren ab:
/ Die verwendete Zuleitung (Anschlusskabel) bzw. die Absicherung des Hausanschlusses
/ Das verwendete, mobile Ladekabel bzw. die verwendete Ladebox
/ Das verwendete Typ 2 Ladekabel (Codierung der Stromstärke)
/ Das On-board-Ladegerät im Fahrzeug (1-,2- bzw. 3 phasige Ausführung, und maximaler Ladestrom)
Ausschlaggebend für die tatsächlich erreichbare Ladeleistung ist immer das schwächste Glied in dieser Kette.
Bei der Auslegung und Installation der Ladelösung müssen alle 4 Faktoren berücksichtigt werden.
Zuleitung bzw.
Hausanschluss
Ladebox oder
mobiles Ladekabel
Typ 2 Ladekabel
(Codierung)
On-board-Ladegerät
im Fahrzeug
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2 LADELÖSUNGEN IN KOMBINATION MIT FRONIUS
WECHSELRICHTERN
Im folgenden Kapitel werden verschiedene Möglichkeiten bzw. Lösungen präsentiert, wie ein Elektroauto mit
Energie aus einer Photovoltaik-Anlage kostengünstig geladen werden kann.
Dabei wird zwischen drei verschiedenen Ladelösungen unterschieden:
/ Dynamische PV-Überschussladung
/ Laden mit dem integrierten Energiemanagement der Fronius Wechselrichter
/ Manuelles Laden mit PV-Energie
2.1 Dynamisches PV-Überschussladen
Unter dynamischem Überschussladen versteht man das Laden eines Elektrofahrzeuges mit der Energie einer
PV-Anlage die im Haushalt oder Betrieb gerade nicht von anderen elektrischen Verbrauchern benötigt wird
und somit ansonsten in das öffentliche Netz eingespeist würde.
Bei der dynamischen Ladung kann der vorhandene Überschuss aus der Photovoltaik-Anlage sehr effizient
und in vollem Ausmaß in das Elektrofahrzeug geladen werden.
2.1.1 Monetäre Auswirkungen der dynamischen PV-Überschussladung
Der große Vorteil der dynamischen Überschussladung liegt darin, dass sich der Ladevorgang des
Elektrofahrzeugs optimal am vorhandenen PV-Überschuss orientiert. Somit kann die Einspeisung in das
öffentliche Stromnetz auf ein Minimum reduziert werden. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, dass die
Ladung automatisch startet, sobald alle Konfigurationen vorgenommen wurden und PV-Überschuss
vorhanden ist.
Wie sich eine dynamische PV-Überschussladung monetär auswirken kann, wird in den folgenden Beispielen
aufgezeigt. Alle Annahmen, die für die Berechnungen getroffen wurden, sind im Anhang ersichtlich.
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Beispiel 1*:
Kunde mit Elektroauto fährt etwa 20.000 km jährlich / 60 km täglich
Lademodus: Dynamische PV-Überschussladung
Ladeprofil: „Tagsüber zu Hause“
Abbildung 3: Kumulierte Energiekosten für ein E-Auto mit und ohne PV-Anlage
In Abbildung 3 werden die kumulierten Energiekosten für ein Elektroauto mit Photovoltaik-Anlage bei einer
dynamischen PV-Überschussladung (Ladeprofil „Tagsüber zu Hause“) und ohne Photovoltaik-Anlage
gegenübergestellt.
*Bei allen Berechnungen in diesem Paper (Beispiel 1-6) wurde eine Kombination aus Photovoltaik
Überschussladung und Ladung mit Netzstrom angenommen. Mehr Informationen zu den Ladeprofilen finden
Sie in Kapitel 5.2.
0
5 000
10 000
15 000
20 000
25 000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Energiekosten E-Auto(€)
kumulierte Stromkosten für E-Auto ohne PV
kumulierte Stromkosten für E-Auto mit PV
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Kumulierte Energiekosteneinsparung durch eine dynamische PV-Überschussladung über 10 Jahre (Ladeprofil
- Tagsüber):
Kostenersparnis
Jahr 1
Jahr 2
Jahr 3
Jahr 4
Jahr 5
Jahr 6
Jahr 7
Jahr 8
Jahr 9
Jahr 10
€595
€1 211
€1 850
€2 511
€3 195
€3 904
€4 637
€5 397
€6 182
€6 994
Abbildung 4: Kumulierte Energiekostenersparnis über 10 Jahre in €
In Abbildung 4 werden die kumulierten Energiekostenersparnisse der dynamischen PV-Überschussladung mit
dem Ladeprofil „Tagsüber zu Hause“ über 10 Jahre dargestellt.
Wird das Elektrofahrzeug tagsüber dynamisch mit PV-Überschuss geladen, so können sich Einsparungen von
bis zu 595 € pro Jahr ergeben. Das ist eine Energiekosteneinsparung von 68% gegenüber dem Laden ohne
PV-Anlage. Über 10 Jahre hinweg können, unter Berücksichtigung einer 3% Preissteigerung, somit bis zu
6.994 € eingespart werden.
0
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
7 000
8 000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Energiekostenersparnis in
€
Jahre
Kumulierte Energiekostenersparnis
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