Wie funktioniert eine Solar-Ladestation für Elektrofahrzeuge mit Batteriespeicher?

Eine Gleichstrom-Schnellladestation kann die elektrische Last an einem Standort, der möglicherweise bereits an seiner Netzgrenze arbeitet, stark erhöhen. Die Installation der Ladestation ist nur ein Teil des Projekts. Die Sicherstellung einer ausreichenden Stromversorgung zum benötigten Zeitpunkt kann sich als größere Herausforderung erweisen.

Eine Solarladestation für Elektrofahrzeuge mit Batteriespeicher löst dieses Problem durch die Koordination von Photovoltaik-Erzeugung, gespeicherter Energie, Netzversorgung und Ladebedarf. Der Akku kann Solarenergie aufnehmen, wenn der Ladebedarf gering ist, die Ladegeräte bei steigendem Bedarf unterstützen und kurzzeitige Spitzenlasten im Netz reduzieren. Der Nutzen ergibt sich aus dem Zusammenspiel dieser Ressourcen und nicht aus einer einzelnen Komponente.

Was ist eine Solar-Ladestation für Elektrofahrzeuge mit Batteriespeicher?

Eine solare Ladestation für Elektrofahrzeuge mit Batteriespeicher kombiniert Photovoltaik-Anlagen, ein Batteriespeichersystem, gegebenenfalls Netzanschluss, Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge und ein Energiemanagementsystem. Das Energiemanagementsystem überwacht verfügbare Energiequellen und Verbraucher und steuert den Energiefluss innerhalb der Anlage.

Der Bedarf an Schnellladung kann die momentane PV-Leistung übersteigen, während die Solarstromerzeugung im Tagesverlauf schwankt. Speicher helfen, diese zeitliche und leistungsmäßige Diskrepanz auszugleichen.

Wie fließt Energie durch ein PV-ESS-Ladesystem?

Der Strompfad hängt von der Solarleistung, dem Ladezustand der Batterie, den Netzbedingungen, der Standortlast und dem Ladebedarf ab.

Solarenergie kann mehr als einem Ziel dienen

Wenn PV-Leistung verfügbar ist, kann Solarenergie zum Laden der Batterie oder zur Reduzierung des Netzbezugs genutzt werden. Übersteigt die erzeugte Energie den unmittelbaren Ladebedarf und den Bedarf vor Ort, kann ein Teil des Überschusses innerhalb der Ladegrenzen der Batterie gespeichert werden.

Elektrofahrzeuge werden nicht immer direkt über Solarenergie geladen. Bewölkung, Laden am Abend oder eine hohe Ladelast können den Einsatz von Batteriestrom oder Netzstrom erforderlich machen.

Batteriespeicher transportieren Energie über die Zeit

Batteriespeicher entkoppeln die Solarstromerzeugung vom Ladevorgang des Fahrzeugs. Der mittags erzeugte Solarstrom kann gespeichert und später genutzt werden, während derselbe Akku auch kurzzeitig während Ladespitzen zur Unterstützung dienen kann.

Ihr Beitrag hängt von der nutzbaren Energie, der Entladeleistung, der Ladezustandsreserve und der Ereignisdauer ab. Eine Batterie, die nur anhand des täglichen kWh-Gehalts dimensioniert ist, kann für ein kurzes Hochleistungsereignis immer noch zu schwach sein.

Netzstrom deckt die verbleibende Lücke

Wenn ein Netzanschluss vorhanden ist, kann dieser einen Teil des Ladebedarfs decken, die Batterie während bestimmter Zeiträume aufladen oder die PV-Anlage ergänzen, wenn die Solarstromerzeugung nachlässt.

Das Ziel besteht häufig darin, die Netzeinspeisung in einem definierten Bereich zu halten, während PV-Anlagen und Speicher einen Teil der variablen Ladelast abdecken.

Warum benötigt eine Schnellladestation für Elektrofahrzeuge einen Batteriespeicher?

Batteriespeicher sind dann am nützlichsten, wenn sie eine messbare Einschränkung lösen.

Die Ladenachfrage kann die verfügbare Netzkapazität übersteigen

Ein Gewerbeobjekt kann bereits einen Großteil seiner elektrischen Kapazität auslasten. Eine zusätzliche Ladeleistung von 120 kW oder 240 kW kann eine neue Lastspitze erzeugen. Ein Batteriespeichersystem (BESS) kann sich während dieser Lastspitze entladen und so die zusätzliche Netzbelastung reduzieren. Ein Netzausbau ist dadurch jedoch nicht automatisch überflüssig. Ladeauslastung, Batteriekapazität, Entladedauer und lokale Anschlussbestimmungen spielen weiterhin eine wichtige Rolle.

Solarstromerzeugung und Ladebedarf stimmen selten exakt überein.

Die Solarstromerzeugung richtet sich nach den Tageslichtbedingungen, während der Ladebedarf vom Fahrverhalten abhängt. Eine Ladestation kann während der Mittagszeit, wenn die Sonneneinstrahlung stark ist, wenig frequentiert sein und später am Tag stärker ausgelastet. Flottenfahrzeuge kehren möglicherweise auch innerhalb eines kurzen Zeitfensters zurück.

Speicher können einen Teil dieser Diskrepanz auffangen, anstatt den gesamten überschüssigen PV-Strom zu exportieren oder einzuschränken.

Die Batterie kann kurzzeitige Netzspitzen begrenzen.

Wenn mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden, kann das Energiemanagementsystem (EMS) die Batterie entladen, um den Netzbezug zu begrenzen. Dieselbe Strategie kann auch zur Lastspitzenkappung oder zum Lastmanagement eingesetzt werden, sofern Tarife und Netzbedingungen diese Ziele relevant machen.

Kann Solarenergie wirklich Gleichstrom-Schnellladung unterstützen?

Ja, aber die Solarstromerzeugung sollte nicht als feste Energiequelle betrachtet werden. Ein 120-kW-Ladegerät benötigt nicht exakt 120 kW Photovoltaikleistung, und eine 120-kW-Photovoltaikanlage liefert nicht kontinuierlich 120 kW an ein Ladegerät.

Die PV-Leistung ändert sich mit der Sonneneinstrahlung, dem Wetter und der Tageszeit, während der Ladebedarf sich ändert, sobald Fahrzeuge angeschlossen sind und ihren Ladekurven folgen. Eine praxisorientierte Planung berücksichtigt daher PV-Anlage, Batteriespeicher und Netzeinspeisung gemeinsam, wobei sowohl kWh als auch kW an das Standortprofil angepasst werden.

Wie koordiniert das Energiemanagementsystem Solarenergie, Batterie, Stromnetz und Ladegeräte?

Das Energiemanagementsystem koordiniert Stromerzeugung, Speicherung, Netzversorgung und Ladebedarf und hält den Standort innerhalb der Grenzen von Batterie, Ladegerät und Netz.

Es erfasst die Bedingungen, die den Stromfluss beeinflussen.

Das Energiemanagementsystem (EMS) vergleicht die PV-Leistung, den Ladezustand der Batterie, die Netzeinspeisung, die Standortlast und den Ladebedarf der Elektrofahrzeuge. Diese Werte können sich unabhängig voneinander ändern: Die Solarstromerzeugung kann sinken, wenn mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden, oder der Ladezustand der Batterie kann sich während einer Phase hoher Last einem minimalen Wert annähern.

Steigt der Ladebedarf, während die Netzeinspeisung bereits nahe an der Anlagengrenze liegt, kann eine zusätzliche Batterieentladung erforderlich sein. Eine hohe PV-Stromerzeugung kann hingegen die Möglichkeit bieten, die Batterie wieder aufzuladen oder den Netzbezug zu reduzieren.

Es legt die Einsatzprioritäten anhand des Standortziels fest.

An einem Standort mag der Fokus auf der Eigenversorgung mit Solarstrom liegen, während an einem anderen Standort die Begrenzung des Netzbezugs oder die Erhaltung der Batteriereserven für spätere Ladespitzen im Vordergrund stehen mag.

Eine typische Strategie nutzt zunächst die verfügbare PV-Anlage, entlädt die Batterie, wenn der Ladebedarf die Netzkapazität übersteigt, und hält einen Mindestladezustand (SOC) für die Notstromversorgung oder spätere Lastspitzen aufrecht. In Zeiten geringerer Nachfrage kann die Batterie, sofern die Betriebsstrategie dies zulässt, über PV-Anlage oder Netzstrom aufgeladen werden.

Diese Ziele konkurrieren um die gleiche gespeicherte Energie, daher muss das Energiemanagementsystem sowohl den unmittelbaren Bedarf als auch die später benötigte Energie verwalten.

Wenn PV-Anlagen, Batterieentladung und zulässige Netzeinspeisung den Bedarf nicht decken können, muss die Ladeleistung reduziert oder die Ladevorgänge innerhalb der Betriebsgrenzen des Standorts priorisiert werden.

Es koordiniert die Ladeausrüstung und die Systemkommunikation.

Das Energiemanagementsystem (EMS) benötigt zudem eine zuverlässige Kommunikation mit Ladegeräten, Batteriesteuerungen, Zählern und Überwachungsplattformen. Diese Kommunikation ermöglicht die Anzeige des Ladegerätstatus, das Lastmanagement, die Fehlererkennung, die Fernsteuerung und den Benutzerzugriff. Protokolle wie OCPP und Modbus tauschen Daten aus, jedoch sind weiterhin klare Regeln für die Priorisierung von Ladegeräten, die Netzeinspeisung, die Reservekapazität und die Leistungsgrenzen erforderlich.

Kann die Station auch bei einem Stromausfall weiter laden?

Photovoltaikanlage, Speicher und Ladegerät gewährleisten nicht automatisch den Betrieb bei einem Stromausfall. Für den Inselbetrieb sind kompatible Steuerungssysteme, eine sichere Netztrennung, ein ausreichender Ladezustand der Batterie, genügend Entladeleistung, Kompatibilität des Ladegeräts und entsprechende Schutzlogik erforderlich.

Die Ladelast muss auch zur verfügbaren Inselbetriebsleistung passen. Eine Batterie kann zwar genügend Energie für mehrere Stunden speichern, aber nicht die von mehreren Schnellladegeräten benötigte Sofortleistung liefern. Netzanschluss- und Inselbetriebsfähigkeit müssen daher auf Systemebene bestätigt werden.

Was bestimmt die richtige Größe von PV-Anlage, Batterie und Ladegerät?

Die Nennleistung des Ladegeräts ist nur ein Eingang. Die Dimensionierung sollte sich danach richten, wie der Standort tatsächlich genutzt wird.

Der Ladebedarf definiert das erforderliche Leistungsprofil

Prüfen Sie die täglichen Ladevorgänge, gleichzeitige Ladevorgänge, durchschnittliche und maximale Leistung, Verweildauer und Fahrzeugdurchlauf. Ein 240-kW-Ladegerät arbeitet selten mit voller Leistung, während mehrere Ladevorgänge mit geringerer Leistung dennoch eine anhaltende Spitzenlast erzeugen können.

Die Netzkapazität definiert die Versorgungslücke

Die zentrale Frage bei der Dimensionierung ist die Diskrepanz zwischen dem Ladebedarf und der verfügbaren Netzkapazität sowie die Dauer dieser Diskrepanz.

Bei einer Ladeleistung von 120 kW stehen nach Abzug anderer Lasten 80 kW Netzleistung zum Laden zur Verfügung (ohne PV-Leistung). Die Umwandlungsverluste werden vorerst vernachlässigt, die Differenz beträgt 40 kW. Hält dieser Zustand eine Stunde an, müssen auf der Verbraucherseite 40 kWh nachgeladen werden. Die tatsächliche Nennkapazität der Batterie muss zudem den nutzbaren Ladezustand (SOC), Verluste, Hilfslasten, Degradation und Reservekapazität berücksichtigen. Daher kann man nicht einfach eine „40-kWh-Batterie“ wählen.

Die PV-Stromerzeugung definiert den Beitrag der erneuerbaren Energien

Die PV-Kapazität, die stündliche Produktion, saisonale Schwankungen und der Eigenverbrauch vor Ort bestimmen, wie viel Solarenergie die Batterie oder die Ladegeräte erreichen kann. Die jährliche Erzeugung allein gibt keinen Aufschluss über den Zeitpunkt.

Zukünftige Erweiterungen des Ladegeräts und eine Backup-Reserve sollten ebenfalls berücksichtigt werden, bevor die Konfiguration endgültig festgelegt wird. PV ESS Ladesystem-Sortiment bietet einen umfassenderen Überblick über integrierte Solar-, Speicher- und Ladekonfigurationen.

Wo ist Schnellladen mit Solarstrom und Speicher am sinnvollsten?

Die Architektur ist besonders relevant dort, wo Ladebedarf, Netzbeschränkungen und Solarstromerzeugung ein klares Energiemanagementproblem darstellen. Autobahnraststätten benötigen möglicherweise hohe Leistungen bei kurzen Haltezeiten. Gewerbliche Parkplätze können die tagsüber erzeugte Photovoltaik mit der Parkdauer der Fahrzeuge und dem Gebäudestrom kombinieren. Fuhrparkdepots können vorhersehbare Spitzenlasten bei der Rückkehr der Fahrzeuge aufweisen, während Standorte mit Netzengpässen Speicher nutzen können, um den zusätzlichen Stromverbrauch zu begrenzen.

Es handelt sich um unterschiedliche Betriebsszenarien. Daher sollten Batteriekapazität und Ladegerätleistung nicht ohne Überprüfung des Lastprofils von einem Standort auf einen anderen übertragen werden.

Wie sieht ein integriertes PV-ESS-Schnellladesystem aus?

Bei SunwayWir integrieren PV-Eingangsleistung, Batteriespeicher, Ladeeinrichtungen, Energiemanagement und Netzinteraktion rund um den erforderlichen Leistungsfluss vor Ort.

Beide Konfigurationen nutzen eine Batterielade-/Entladerate von 0,5C, intelligente Flüssigkeitskühlung, direkten DC-PV-Anschluss, einen Ladeausgang von 150–1000 V, OCPP 1.6 und Modbus-Kommunikation. Sie sind sowohl für den netzgekoppelten als auch für den Inselbetrieb ausgelegt.

Die endgültige Auslegung muss Netzkapazität, PV-Potenzial, Ladeauslastung, Reserveanforderungen, Schutzmaßnahmen und Erweiterungsmöglichkeiten berücksichtigen.

Prüfen Sie den Stromhaushalt des Standorts, bevor Sie Schnellladegeräte hinzufügen.

Bevor Sie die Anzahl der Ladegeräte oder die Batteriekapazität auswählen, definieren Sie die am Standort verfügbare Netzleistung, das zu erwartende Ladeprofil, das PV-Potenzial, die Betriebsstunden und die erforderliche Reserve.

Teilen Sie uns diese Anregungen mit, Überprüfen Sie Ihr PV-ESS-LadeprojektEin sinnvolles Design sollte aufzeigen, wie die Stromversorgung aus dem Netz, der Photovoltaikanlage und der Batterie in kritischen Phasen erfolgen soll, anstatt nur von der Nennleistung des Ladegeräts auszugehen.

Häufig gestellte Fragen

F: Funktioniert eine Solarladestation für Elektrofahrzeuge auch bei geringer Sonneneinstrahlung?

A: Ja, sofern eine andere Energiequelle wie ein Batteriespeicher oder das Stromnetz verfügbar ist. Das Energiemanagementsystem kann diese Energiequellen anhand der PV-Leistung, des Ladezustands der Batterie, des Ladebedarfs und der Betriebsprioritäten koordinieren.

F: Kann ein Batteriespeicher die für das Schnellladen mit Gleichstrom benötigte Netzkapazität reduzieren?

A: Durch Entladung während Ladespitzen kann die Netzlast kurzfristig reduziert werden. Ob dadurch ein Netzausbau vermieden oder sogar vermieden werden kann, hängt von der Leistungslücke, der Dauer, der Auslastung des Ladegeräts, der Batteriekapazität und den lokalen Netzanforderungen ab.

F: Wie groß sollte die Batterie für eine Ladestation für Elektrofahrzeuge sein?

A: Die Batteriegröße sollte sich nach der benötigten Leistungslücke und der Laufzeit richten, sowie nach der Auslastung des Ladegeräts, der verfügbaren Netzkapazität, der PV-Erzeugung, der Ladezustandsreserve, der Standortlast und zukünftigen Erweiterungsmöglichkeiten. Die Nennleistung des Ladegeräts allein reicht nicht aus.