Ein Vierteljahrhundert Solarmobile

von Prof. Urs Muntwyler

Die Zukunft der individuellen Mobilität ist elektrisch und erneuerbar. Damit können fossile Energien ersetzt und erneuerbare Energien wie Sonne und Wind noch besser genutzt werden. Prof. Urs Muntwyler berichtet über eine 25-jährige Erfolgsgeschichte und bescheinigt der Kombination aus Photovoltaik und Elektrofahrzeugen eine große Zukunft.

Ein sauberer Strom-Mix ist für die Markteinführung der Elektro- und „Plugin-hybrid“-Fahrzeuge zentral. Wenn der Strom-Mix für das Elektrofahrzeug von Kohle- oder Atomstrom dominiert wird, so schreckt das die ersten Käufergruppen, die „Innovatoren“ und „Opinion leaders“ von Elektrofahrzeugen, ab. So gibt es eine starke Synergie zwischen dem Bau von Solarstromanlagen und dem Besitz von Elektrofahrzeugen. Elektrofahrzeuge bieten den Produzenten von Strom aus neuen erneuerbaren Energiequellen auch den Vorteil einer zeitverzögerten Ladung der Batterien. Damit werden Produktions spitzen in schwachen Netzen geglättet und es werden weniger Investitionen zur Netzverstärkung bzw. der Stromspeicherung nötig. Diese Synergie der Elektrofahrzeuge und der Photovoltaik blickt nun auf eine 25-jährige Geschichte zurück, als in der Schweiz 1985 die „Tour de Sol“, das erste Rennen für solarbetriebene Fahrzeuge der Welt, gestartet wurde. Was als Werbetour für die Nutzung der Sonnenenergie gestartet wurde, wird nun handfeste Vorteile bei der Marktdurchdringung der beiden Technologien haben.

Tour de Sol 85

Das Ziel der „Tour de Sol 85“ war, die Schweiz mit solarbetriebenen Fahrzeugen zu durchqueren. Durch die Leichtbaustrukturen und die hohe Energieeffizienz (2 – 5 kWh/100 km) konnten bereits damals Reichweiten von 100 – 200 km erreicht werden. Dabei waren die Fahrzeuge noch mit schweren Bleibatterien ausgerüstet. An der Tour de Sol 85 waren alle Solarzellen auf den Fahrzeugen montiert. Gemäß Reglement waren das weniger als 6 m2 bzw. maximal 480 Wp Leistung des Solargenerators. Später wurden dafür spezielle Leichtmodule entwickelt, die alsbald in verstärkter Form in der Gebäudeintegration auftauchten. 1986 schlug das „Ökozentrum Langenbruck“, ein Schweizer Think-tank für Umwelttechnik und einen umweltgerechten sozialverträglichen Lebensstil, netzgekoppelte solare Ladestationen zum Aufladen der „alltagstauglichen Leicht-Elektro-Fahrzeuge ALEFA“, vor. Dies wurde ab 1987 in Form einer neuen Fahrzeugkategorie an der Tour de Sol eingeführt. Dazu mussten die Solaranlagen an das Netz angekoppelt werden. Mit dem Schwung der Tour de Sol gelang es schnell, den „Schweizerischen Verband der Elektrizitätswerke VSE“ für diese Art der Stromproduktion zu überzeugen. Dies machte die Schweiz in den 80er-Jahren zu einem der Pioniere im Bau netzgekoppelter PV-Anlagen. So wurde die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) in der schweizer Stadt Burgdorf „erfunden“. Sie hat in Deutschland mit dem EEG zum Siegeszug der Photovoltaik beigetragen.

Dezentrale Kombination von PV und Elektrofahrzeugen macht Sinn

Ein hocheffizientes Leicht-Elektrofahrzeug wie der dreirädrige TWIKE-Klassiker braucht bei einer Fahrleistung von 6000 km eine PV-Anlage mit einer Produktion von 600 – 1200 kWh pro Jahr. Das entspricht einer Fläche von unter 10 m2 mit kristallinen Solarmodulen. Die Autobranche ist noch nicht in der Lage, Leicht-Elektromobile zu bauen. Ihre schweren Elektrofahrzeuge brauchen doppelt so viel Energie. Hier werden Flächen von 15 – 20 m2 benötigt. Diese Flächen lassen sich auf einer gut geplanten Autogarage unterbringen. Bei Kosten von etwa 10000 Euro für eine solche Anlage produzieren wir die Fahrenergie für 30 Jahre. Die Benzinmenge für ein vergleichbares Auto mit Verbrennungsmotor kostet das Dreifache. Dieses Verhältnis wird sich noch weiter zu Gunsten der Kombination „Elektrofahrzeug-Photovoltaik“ verschieben. Damit lassen sich in Zukunft die Mehrkosten der Batterien des Elektrofahrzeuges kompensieren.
Oft wird die Verknüpfung von Photovoltaik mit dem Elektrofahrzeug gefordert. Dies aus ökologischen Gründen, was im Prinzip richtig ist. Ein Elektrofahrzeug mit Strom aus einem Kohlekraftwerk hat kaum bessere CO2-Zahlen als ein modernes Fahrzeug mit Verbrennungsmotoren. Die sowieso schon langsame Ausbreitung von Elektrofahrzeugen sollte aber nicht durch eine direkte Verknüpfung mit der Photovoltaik behindert werden. Dieses schwache Wachstum ist bedingt durch die Unfähigkeit der Industrie, die benötigten Komponenten, Technologien und Fahrzeugsysteme in der benötigten Stückzahl herzustellen und zu vermarkten. So wird für Deutschland ein Ziel von 1 Mio. Elektrofahrzeugen für das Jahr 2020 angegeben. Die für den Betrieb benötigte Menge Solarstrom beträgt ca. 2 GWp, was etwa einem Viertel der im Jahre 2010 installierten PV-Leistung in Deutschland entspricht. Die für 2050 weltweit angepeilten 50 Mio. neuen reinen Elektrofahrzeuge benötigen dann 100 GWp pro Jahr. Dann werden die Fahrzeuge wesentlich effizienter sein und der Strom wird nicht nur photovoltaisch hergestellt. Hier wird ein weiterer Vorteil der Kombination Elektrofahrzeugerneuerbare Energie wirken. Elektrofahrzeuge helfen, die hohen Anteile unregelmäßig anfallender erneuerbarer Energien im Stromnetz auszugleichen. Einige Mitgliedsländer der Arbeitsgruppe „IA Hybridand Electric Vehicles“ der Internationalen Energie-Agentur IEA wie Dänemark, Irland, Spanien, und Portugal interessieren sich vor allem deshalb für Elektrofahrzeuge, weil sie hohe Anteile von Elektrizität aus Wind und Sonne im Netz haben.

Elektrofahrzeuge und PV-Anlagen: Synergien in der Marktbearbeitung

Von der Nutzerseite her kann ein Fahrzeugbenutzer seine Energie für das Fahrzeug weitgehend selbst produzieren. Dies ist ein interessanter Ansatz für das Marketing dieser Fahrzeuge. Dies ist speziell bei der Photovoltaik ausgeprägt. Meiner Erfahrung nach sind die Käufersegmente weitgehend identisch. Käufer von Elektromobilen und PV-Anlagen sind Privatpersonen oder Firmen mit einem hohen Interesse an Technologien und Umweltfragen. Diese ersten Käufer von Elektrofahrzeugen sind die „Innovatoren“ und „Opinion Leaders“. Der Kauf dieser Technologien wird als Statement gesehen. So gaben Käufer von „Prius“-Hybridfahrzeugen in Kalifornien als erstes Kaufargument an, dass „dieses Fahrzeug etwas über mich aussagt”. Diese Aussage gilt ebenso für eine netzgekoppelte PVAnlage, die durch ihre hohe visuelle Auffälligkeit noch viel stärker wirkt.

Synergien in der Netzinfrastruktur von PV-Anlagen und Elektromobil-Ladestationen

Synergien ergeben sich auch in der elektrischen Infrastruktur von Elektromobil-Ladestationen und PV-Anlagen. Elektrofahrzeuge werden vorwiegend zuhause geladen. Die Ladeleistung des Elektrofahrzeuges liegt unter 10 kVA. Die Anschlussleistung der privaten PV-Anlage und des Hausanschlusses liegen ebenfalls maximal in diesem Bereich. Bei Nachtladung geht also diese Leistung ins Elektrofahrzeug. Wenn das Elektrofahrzeug Tagsüber weg ist, so wird die gleiche Netzinfrastruktur für die Einspeisung der PV-Anlage bzw. die Verbraucher des Hauses benutzt. Der gleiche Netzanschluss kann also dreimal benutzt werden, dies spart Kosten für die PV-Anlage und die private Elektromobiltankstelle. Würde der Strom für die Elektrofahrzeuge zentral produziert, so wären vermehrt Netzverstärkungen nötig.

Soll das Elektrofahrzeug für den Netzausgleich genutzt werden, so muss in Regionen mit viel Solarstrom die Batterieladung von der Nacht idealerweise auf den Tag verschoben werden. Dies benötigt zusätzliche Ladestationen am Arbeitsort der Elektromobilfahrer. Der Vorteil ist hier, dass das Elektrizitätswerk in Zeiten hoher Solarstromproduktion das Netz mit der Ladung zusätzlicher Elektrofahrzeuge belasten kann. Bei 1 Mio. Elektrofahrzeugen in Deutschland wären das 2020 maximal 10 GWp. Die IEA Arbeitsgruppe XV „Plugin-hybrids“ des Implementing Agreements „Hybrid- and electric Vehicles“ wird dies in ihrem Schlussbericht ausführlich behandeln. Er wird 2011/2012 erscheinen und vorerst den Mitgliedsländern (siehe: www.ieahev.org) zur Verfügung stehen.