Laetechnik Projekt Wallbox-Inspektion: Neues Prüfverfahren für solaroptimiert gesteuertes Laden

Anbieter zum Thema

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Metrofunk Kabel-Union GmbH

Wie kann der Eigenheimbesitzer Solarstrom vom eigenen Dach intelligent für seinen Stromer nutzen? Mit dieser und weiteren Fragen hat sich das Projekt Wallbox-Inspektion auseinandergesetzt. Hier haben das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, die HTW Berlin und der ADAC erstmals Prüfverfahren für solaroptimiert gesteuertes Laden entwickelt und marktverfügbare Wallboxen damit getestet.

Bis zum Jahr 2030 sollen 15 Millionen Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen unterwegs sein, so das politische Ziel. Diese werden in der Regel an privaten Ladestationen geladen – derzeit finden 53 Prozent der Ladevorgänge zu Hause statt. Insbesondere für Besitzer einer Photovoltaik-Anlage gilt: 93 Prozent nutzen eine Wallbox, um ihr Elektrofahrzeug möglichst mit eigenem Strom zu laden oder durch einen entsprechend angepassten Betrieb der Wallbox zusätzlich von zeitvariablen Strompreisen zu profitieren. Wie sich das möglichst wirtschaftlich gestalten lässt, untersucht das Projekt Wallbox-Inspektion. Im Digital Grid Lab des Fraunhofer ISE wurden Wallbox-Lösungen verschiedener Hersteller unter identischen und realitätsnahen Betriebsbedingungen getestet.

Wie kann ein solarer Überschuss bestmöglich im Fahrzeug gespeichert werden?

Im Fokus der Untersuchungen standen neben dem Stromverbrauch im Betrieb und im Stand-by-Modus die Regelungsgüte und Betriebseffekte, die beim solaren Laden von Elektrofahrzeugen eine wichtige Rolle spielen. Insbesondere von Bedeutung ist, wie ein solarer Überschuss möglichst gut in ein Elektrofahrzeug eingespeichert wird, und wie bei kleinen Leistungen zwischen dem ein- und dreiphasigen Betrieb umgeschaltet werden kann.

Verhalten der Wallbox realitätsnah testen

Die im Projekt entwickelten Tests betrachteten den Stromfluss zwischen Photovoltaikanlage, Haushalt, Stromnetz und Elektrofahrzeug. Im Projekt wurde gemessen, welchen erlaubten maximal verfügbaren Ladestrom die Wallbox an das Fahrzeug kommunizierte. Über diesen Wert lässt sich die Stromaufnahme des Fahrzeuges entsprechend des solaren Angebots steuern. Der maximal verfügbare Strom ist dabei der Solarüberschuss, der nach Abzug des im Haushalt benötigten Stroms übrigbleibt.

Das Energiemanagementsystem überwacht dabei über das Energy Meter den Netzanschluss und steuert über die Wallbox den Stromer. Für das Testen der Ladestation kamen keine echten Fahrzeuge zum Einsatz, sondern der digitale Fahrzeug-Zwilling ev twin des Fraunhofer ISE, der das Verhalten von 5.000 verschiedenen E-Autos simulieren kann. Das hat den Vorteil, dass nach dem Ladetest für einen weiteren Test kein Fahrzeug leergefahren werden muss. Stattdessen wird der Leistungsfluss mit bidirektionalen Netzteilen emuliert. Darüber hinaus werden die Einflüsse verschiedener Laderegler im Fahrzeug eliminiert.

Die Forscher testeten das Reaktionsverhalten der Wallbox in verschiedenen realitätsnahen Situationen, wie dem Standby-Modus und verschieden großen Sprüngen in der Leistung der Solaranlage. „Eine schnelle Regelgeschwindigkeit bei hoher Regelgüte ist entscheidend für das solargesteuerte Laden. Im praktischen Betrieb bedeutet das, dass die Steuerung durch die Wallbox dem solaren Überschuss möglichst gut folgt“, erklärt Projektleiter Dr. Bernhard Wille-Haussmann.

Bessere Transparenz im Markt

Die getesteten Wallboxen reagierten unterschiedlich schnell auf Änderungen im Solarstromangebot. So passten einige Wallboxen sofort die Ladeleistung an, während andere eine Verzögerung von bis zu 90 Sekunden zeigten. Auch im Standby-Betrieb offenbarten die Geräte unterschiedliches Verhalten. Zum Beispiel traten einige in ein Deep Standby, um Strom zu sparen.

Das Projekt verdeutlichte, dass bei vielen Wallboxen für eine gute Regelqualität das Energiemanagementsystem angepasst werden muss: Nutzer einer Wallbox sollten generell ihr Gerät auf das Fahrzeug und die eigenen Bedürfnisse einzustellen. „Die Geräte arbeiten dann präziser als unter Standardeinstellungen. Auch die Unterschiede zwischen den Geräten der verschiedenen Hersteller sind dann nicht mehr so groß. Die Eigenheiten des eigenen Energiesystems spielen eben eine große Rolle“, erläutert Dr. Bernhard Wille-Haussmann.

Auf Basis der Messergebnisse erstellt die Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin einen Wallbox-Score, der die Qualitätsunterschiede zwischen den Produkten quantifiziert. Grundlage hierfür sind Simulationsrechnungen, die auf Messungen gemäß Testleitfaden basieren. Der ADAC nutzt die Ergebnisse aus dem Projekt für die Beratung.

Über das transparente und einheitliche Messverfahren und die Messergebnisse will das Projektteam zudem den Wallboxherstellern konkrete Optimierungspotenziale im Hinblick auf die Qualität und Energieeffizienz ihrer Geräte aufzeigen. Endanwendern und Installateuren zeigen die Ergebnisse auf, welche Parametereinstellungen zu einer guten Solarenergienutzung führen. (se)

Energiespeicherprojekte im industriellen Maßstab

Volkswagen: „Elektromobilität ist viel mehr als nur ein Auto“

Ladetechnik

Mahle ChargeBig stellt SmallBox in zwei Varianten vor

(ID:50398433)