Solarstrom effizient laden: Erster Qualitätsstandard für Wallboxen entwickelt

© Fraunhofer ISEFreiburg - Mit dem zunehmenden Ausbau der Elektromobilität wächst auch der Bedarf an intelligenten Ladelösungen für den privaten Bereich. Besonders im Zusammenspiel mit PV-Anlagen bieten Wallboxen enormes Potenzial, um Fahrzeuge klimafreundlich und kostengünstig zu laden. Doch bislang fehlte ein einheitlicher industrieller Qualitätsmaßstab für diese Technik – das soll sich nun ändern.

Im Projekt „Wallbox-Inspektion“ haben das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE), die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW Berlin) sowie der ADAC erstmals Prüfverfahren für solaroptimiert gesteuertes Laden entwickelt und marktverfügbare Wallboxen damit getestet. Ziel ist es, durch objektive Tests und einen verständlichen Wallbox-Score mehr Transparenz und Vergleichbarkeit auf dem wachsenden Markt zu schaffen.

Wallbox-Nutzung bei PV-Anlagen weit verbreitet
Rund 53 Prozent der Ladevorgänge in Deutschland finden derzeit im privaten Umfeld statt. Besonders bei Besitzern von Photovoltaikanlagen, ist das Laden zu Hause weit verbreitet, denn 93 Prozent von ihnen, die ein Elektroauto fahren, nutzen zum Laden auch eine eigene Wallbox. Um das Fahrzeug effizient mit selbst erzeugtem Solarstrom zu laden oder durch entsprechend angepassten Betrieb der Wallbox zusätzlich von zeitvariablen Strompreisen zu profitieren, braucht es allerdings mehr als nur die Hardware. Intelligentes Lademanagement ist entscheidend. Genau hier setzt das Projekt „Wallbox-Inspektion“ an.

Realitätsnahe Tests mit digitalem Zwilling
Im Digital Grid Lab des Fraunhofer ISE wurden im Rahmen des Projektes marktübliche Wallboxen unter realistischen Bedingungen getestet. Der Fokus lag auf Parametern wie Stromverbrauch im Betrieb und Standby, der Regelgeschwindigkeit sowie dem Umschaltverhalten zwischen ein- und dreiphasigem Betrieb. Zum Einsatz kam der „digitale Fahrzeug-Zwilling EV-Twin“, der das Verhalten von rund 5.000 E-Autos simulieren kann. Damit lassen sich Tests effizient, vergleichbar und ohne reale Fahrzeuge durchführen – ein innovativer Ansatz für reproduzierbare Qualitätstests.

Bild: Schematischer Aufbau der Leistungs- und Kommunikationsströme zwischen Netz, Haushalt, PV-Anlage, Energiemanagement, Wallbox und Fahrzeug © Fraunhofer ISE

Wallbox-Score bringt Vergleichbarkeit in den Markt
Die Untersuchungen zeigten deutliche Unterschiede zwischen den getesteten Geräten – sowohl in der Reaktionszeit auf schwankende Solarerträge als auch im Standby-Verbrauch. Manche Modelle passten die Ladeleistung sofort an, andere benötigten bis zu 90 Sekunden. Auch zeigte sich, dass bei vielen Wallboxen für eine gute Regelqualität das Energiemanagementsystem angepasst werden muss: Die Forschenden empfehlen Nutzerinnen und Nutzern von Wallboxen generell, das 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 Projektleiter Dr. Bernhard Wille-Haussmann bei Fraunhofer ISE. 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 von Verbrauchern.

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.

Vorgestellt werden die Projektergebnisse am 8. Mai im Rahmen eines Workshops für Hersteller, Systemintegratoren und Fachpublikum auf der Fachmesse „The smarter E Europe“ in München.