Fallstudie Nachhaltige Sektorkopplung mit Elektromobilität im Mehrfamilienhaus

Jeden Tag gibt es neue Nachrichten über den Wandel im Verkehrssektor, weg von Autos mit Verbrennungsmotoren, hin zu Elektroautos. Doch um wirkliche Nachhaltigkeit im Verkehr zu integrieren, müssen Elektroautos mit sauberem Strom aus erneuerbaren Energien betrieben werden. Denn noch kommt unsere Stromversorgung zu über 50 Prozent aus konventionellen Kraftwerken.

 Um qualitative Aussagen über die Klimaschutzwirkung von erneuerbaren Energien für E-Autos zu treffen hat SOLARIMO untersucht, wie hoch die jährlichen CO2 Einsparungen sind, wenn dezentral erzeugter, überschüssiger Sonnenstrom anstelle von Netzstroms zum Laden verwendet wird und welche weiteren technischen Vorteile dies mit sich bringt.

Dazu haben wir ein Simulationsmodell entworfen, welches individuelle und generalisierte Abschätzungen über technische und ökologische Auswirkungen einer Kombination von Mieterstrom und Elektromobilität erlaubt. Demzufolge kann durch die Einbindung von Ladesäulen in ein Mieterstromprojekt der Eigenverbrauch der Solaranlage um bis zu sieben Prozent erhöht werden, ohne auf einen Stromspeicher zurückgreifen zu müssen. Im günstigsten Fall lassen sich durch Laden mit Solarstrom bis zu vier Tonnen CO2 pro Jahr zusätzlich eingespart werden.

Solarer Mieterstrom im Mehrfamilienhaus mit Ladeinfrastruktur für Elektromobilität:

  1. Ermittlung von möglichen CO2 Einsparungen
  2. Lokal erzeugten Überschussstrom zum Laden des eigenen E-Autos nutzen
  3. Eigenverbrauch und Autarkie
  4. CO2 Einsparungen durch Sektorkopplung in Mehrfamilienhäusern
  5. Fazit

 

Ermittlung von möglichen CO2 Einsparungen

Wir haben drei verschiedene Gebäudegrößen sowie drei verschiedene Batteriegrößen von aktuell erhältlichen E-Autos in Deutschland unter Nutzung einer handelsüblichen Ladesäule miteinander verglichen. Vorher durchgeführte Studien ergaben zudem, dass das Auto in Deutschland durchschnittlich 39 km am Tag bewegt wird. Als Grundannahme wurde festgelegt, dass die E-Autos unter der Woche zwischen 6 und 16:30 Uhr nicht vor der Haustür stehen und damit nicht geladen werden können. Am Wochenende dagegen stehen die Autos allerdings größtenteils vor dem Haus.

Der Ladevorgang wurde so gestaltet, dass vorrangig Solarstrom genutzt wird. Nur falls die Batterie nicht voll genug ist, um mindestens 1,5 Tagesstrecken zu meistern, wird Strom aus dem Netz nachgeladen, um diesen Ladestand zu erreichen. Vereinfachend sind wir in unserem Beispiel davon ausgegangen, dass die Gebäude in der Klimareferenzzone Potsdam liegen. Aus anderen Studien wissen wir, dass nur Ladesäulen mit einem Mindestanteil von 15 Prozent an Solarstrom tatsächlich CO2-Emissionen reduzieren. Daher wurden unsere Ladesäulensysteme so ausgelegt, dass dieser Wert immer eingehalten wird.

 

Lokal erzeugten Überschussstrom zum Laden des eigenen E-Autos nutzen

Technisch stellt das Laden zuhause mit Sonnenstrom kein Problem dar, dank Einbindung moderner Energiemanagementsysteme und ausgereifter Hardware. Da in unserer Untersuchung nur Strom zum Laden verwendet wird, der ansonsten ins Netz eingespeist werden würde, konkurriert der Strombedarf des E-Autos nicht mit dem üblicherweise anfallenden Stromverbrauch im Haus. Man spricht bei vor Ort erzeugtem und genutztem Strom von Eigenverbrauch. Dieser wird durch das Laden vor dem Haus erhöht, was die Stromnetze entlastet und zusätzlich den Vorteil hat, dass der Ladesäulenbesitzer günstigen Mieterstrom vor Ort nutzen kann.

Außerdem reduziert jede genutzte Kilowattstunde Solarstrom die CO2-Emissionen, da Photovoltaikanlagen im Betrieb keine Emissionen generieren. Allerdings berücksichtigt die Betrachtung auch jene Emissionen, die für die Materialgewinnung, Herstellung und Transport der Solarmodule sowie anschließende Verwertungsmaßnahmen anfallen. Trotzdem ergeben sich Einsparungen von ungefähr 400 g CO2-Äquivalenten pro genutzter Kilowattstunde Strom aus Solaranlagen für das Jahr 2018, im Vergleich zu normalem Netzstrom.

Sektorkopplung Elektrodfahrzeuge außerhalb der Arbeitszeiten laden

Grafik: Elektroautos dezentral und außerhalb der Arbeitszeiten mit Sonnenstrom laden

 

Eigenverbrauch und Autarkie

Aktuelle PV-Mieterstromanlagen erreichen, je nach Anlagengröße und Strombedarf vor Ort, Eigenverbrauchsquoten von lokal erzeugtem Sonnenstrom zwischen 30 und 50 Prozent, da Verbrauchs- und Produktionsspitzen nicht deckungsgleich sind. Eine weitere wichtige Kenngröße ist die sogenannte Autarkie, welche den Grad der Unabhängigkeit eines Stromverbrauchers vom Netz beschreibt. Eine Solaranlage ohne Stromspeicher kann bis zu 40 Prozent des Gesamtstromverbrauches eines Mehrfamilienhauses decken, wenn sowohl Hausstrom als auch Mieter mit Sonnenstrom beliefert werden.

Im betrachteten Szenario kann durch die Belieferung von Ladesäulen mit überschüssigem Sonnenstrom der Eigenverbrauch um bis zu sieben Prozent erhöht werden, wenn E-Autos mit sehr großer Batterie verwendet werden. Aber auch Autos mit kleineren Batterie können den Anteil des lokal genutzten Sonnenstroms um bis zu drei Prozent erhöhen. Jährlich können so zwischen 3 - 10 MWh Strom aus Solaranlagen mehr genutzt werden als ohne eingebundene Ladeinfrastruktur.

Es wurde zudem ermittelt, dass zwischen fünf und sieben E-Autos pro Gebäude und Jahr mit nachhaltig generiertem Strom geladen werden können. Dafür wäre eine ähnliche Anzahl an Ladepunkten notwendig, um die zur Verfügung stehende Energie optimal zu nutzen. Der Ladestrom besteht dabei zu 15 bis 72 Prozent aus Sonnenstrom.welcher besonders hoch für den ersten belieferten Ladepunkt ist und dann mit jedem zusätzlichen Ladepunkt abnimmt.

Erhöhung Eigenverbrauch durch Ladesäulen

 

Grafik: Erhöhung des Eigenverbrauchs durch Einbindung von Ladesäulen in Mieterstromanlagen

 

 

CO2 Einsparungen durch Sektorkopplung in Mehrfamilienhäusern

Durch die richtige Wahl von PV-Anlagengröße, E-Auto Batteriegröße und Ladekapazität ist es möglich, fast 4 Tonnen CO2 pro Jahr in großen Mehrfamilienhäusern mit 30 Wohnungen einzusparen. Dies entspricht einer Flugreise nach Thailand und zurück für eine Person (Quelle / Rechenbasis: Atmosfair). Kleinere Mehrfamilienhäuser mit 12 Wohnungen haben immer noch das Potenzial, 1,5 Tonnen jährlich zu sparen. Am besten ist es zudem, eine Ladesäule mit 11 kW Leistung zu nutzen, um möglichst viele E-Autos mit überschüssigen Sonnenstrom täglich laden zu können.

Addiert man dies zu den gesparten CO2 Emissionen aus der PV-Mieterstromanlage, kann man die CO2 Bilanz noch um 7,5 bis 10 Prozent verbessern. Aus klimapolitischer Sicht macht diese Form der Sektorkopplung also richtig Sinn!

In einer Untersuchung aller deutschlandweit im Bestand existierenden Immobilien, die sich für Mieterstrom qualifizieren, wurde zudem ermittelt, dass ein CO2 Vermeidungspotenzial von bis zu 790.000 Tonnen jährlich besteht, sollten diese Gebäude zusätzlich mit Ladesäulen ausgestattet werden.

CO2-Einsparung Sektorkopplung Mehrfamilienhaus

Grafik: Jährliche CO2-Einsparung pro Jahr und Gebäude durch die Nutzung von Sonnenstrom

 

Fazit

Sektorkopplung von PV-Mieterstromanlagen und Ladesäulen durch Lieferung von überschüssigem Sonnenstrom bietet die Möglichkeit, Ihre Anlage effektiver zu nutzen und auf einfache Weise CO2-Emissionen zu reduzieren. Zudem wird die Umsetzung solcher Gesamtanlagen im Hinblick auf die steigende Elektrifizierung des deutschen Fahrzeugbestandes immer wichtiger, wenn möglichst viel CO2 eingespart werden soll. SOLARIMO bietet die Möglichkeit, potenzielle Reduzierungen von CO2-Emissionen für ein Objekt zu simulieren.

 


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Philip Manns

Philip Manns

SOLARIMO schafft die Grundlage für nachhaltige Quartiersentwicklungen, durch die Verknüpfung von Photovoltaikanlagen und Ladesäulen innerhalb von Mieterstromprojekten.

Veröffentlicht am:
Februar 3, 2020

 

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