Elektroauto-Ladeprofil (EV v1)

SpeicherGrenze versucht nicht, das Verhalten eines durchschnittlichen Haushalts vorherzusagen.

SpeicherGrenze berechnet den konkreten Haushalt anhand der vom Nutzer angegebenen Daten.

Typische Fahrstrecken

Die Angaben zu den typischen Fahrstrecken bestimmen nicht den jährlichen Energiebedarf. Dieser wird ausschließlich aus der angegebenen Jahresfahrleistung berechnet.

Die typischen Tagesfahrstrecken beschreiben ausschließlich die zeitliche Verteilung der Fahrleistung innerhalb einer Woche. SpeicherGrenze skaliert diese Verteilung automatisch so, dass sie exakt zur angegebenen Jahresfahrleistung passt.

Die Ladefenster definieren den Zeitraum, in dem das Fahrzeug zu Hause normalerweise zum Laden angeschlossen ist.

Benötigt das Fahrzeug Energie, kann die Heimladung ausschließlich innerhalb dieses Zeitfensters beginnen. Außerhalb des angegebenen Ladefensters findet keine Heimladung statt.

Dabei handelt es sich ausdrücklich nicht um eine PV-optimierte Ladesteuerung. SpeicherGrenze berücksichtigt bei der Erzeugung des Heimladeprofils weder die aktuelle PV-Erzeugung noch dynamische Stromtarife oder den Ladezustand des Heimspeichers.

Das Ladefenster wird ausschließlich durch den Nutzer festgelegt. Wer sein Fahrzeug am Wochenende üblicherweise tagsüber anschließt, kann ein entsprechendes Ladefenster, beispielsweise 10:00 bis 16:00 Uhr, angeben. Wird das Fahrzeug überwiegend über Nacht geladen, sollte ein entsprechendes Nachtfenster, beispielsweise 17:30 bis 07:00 Uhr, gewählt werden.

Das erzeugte Heimladeprofil bildet damit ausschließlich die vom Nutzer angegebene Ladeverfügbarkeit ab. Versteckte Annahmen über das Ladeverhalten werden nicht getroffen.

Die monatliche Energiemenge allein reicht für eine realistische Modellierung nicht aus. 120 kWh pro Monat können beispielsweise durch vier größere Ladevorgänge oder durch zwanzig kleine Ladevorgänge entstehen. Beide Fälle führen zu einem unterschiedlichen Ladeverhalten zu Hause.

SpeicherGrenze beschränkt die Eingaben bewusst auf Parameter, die einen direkten Einfluss auf das Ladeprofil haben. Informationen wie Fahrzeugmodell, Hersteller oder Batterietechnologie werden für die Berechnung des Heimladeprofils nicht benötigt und deshalb nicht abgefragt.

Ebenso werden keine Annahmen über Abfahrtszeiten, Rückkehrzeiten oder tägliche Fahrstrecken getroffen. Soweit möglich basiert die Berechnung ausschließlich auf den vom Nutzer bereitgestellten Informationen.

Berechnung des jährlichen Energiebedarfs

Aus der angegebenen Jahresfahrleistung und dem Stromverbrauch wird zunächst der jährliche Energiebedarf des Fahrzeugs berechnet.

Zeitliche Verteilung

Anschließend wird dieser Energiebedarf entsprechend der angegebenen typischen Fahrstrecken auf die einzelnen Tage des Jahres verteilt. Die Jahresfahrleistung bleibt dabei unverändert. Die Tageswerte bestimmen ausschließlich die zeitliche Verteilung.

Arbeitsplatzladung

Falls regelmäßig am Arbeitsplatz geladen wird, berücksichtigt SpeicherGrenze diese Energiemenge als zusätzliche Energiequelle außerhalb des Hauses. Dadurch reduziert sich der spätere Heimladebedarf entsprechend der tatsächlichen Ladevorgänge.

Fahrzeugbatterie

Die Fahrzeugbatterie dient während der gesamten Simulation als Energiespeicher zwischen Fahrten und Ladevorgängen. Dadurch kann Energie über mehrere Tage gespeichert und später wieder genutzt werden. Dieses Verhalten entspricht dem realen Einsatz eines Elektrofahrzeugs wesentlich besser als eine rein tägliche Bilanzierung.

Erzeugung des Heimladeprofils

Innerhalb der angegebenen Ladefenster wird ein deterministisches 15-Minuten-Heimladeprofil erzeugt. Außerhalb dieser Zeiträume findet keine Heimladung statt.

Übergabe an die Speicherberechnung

Das erzeugte Heimladeprofil wird anschließend gemeinsam mit dem Haushaltslastprofil und einer optionalen Wärmepumpe zu einem gemeinsamen Lastprofil zusammengeführt. Erst dieses Gesamtlastprofil bildet die Grundlage der eigentlichen Speicherberechnung.

SpeicherGrenze fragt keine einzelnen Fahrten oder festen Abfahrtszeiten ab. Die typischen Fahrstrecken für Montag bis Freitag, Samstag und Sonntag beschreiben die Verteilung der Fahrleistung innerhalb des Jahres.

Die angegebenen Ladefenster legen fest, wann das Fahrzeug für die Heimladung verfügbar ist. Sie ersetzen keinen detaillierten Fahrtenkalender.

Das Modell eignet sich damit für die energetische Speicherberechnung, nicht für die minutengenaue Rekonstruktion einzelner Fahrzeugbewegungen.

Bei vorhandener Arbeitsplatzladung werden die angegebene monatliche Energiemenge und die Anzahl der Ladetage berücksichtigt.

SpeicherGrenze kennt jedoch nicht die tatsächlichen Kalendertage, an denen das Fahrzeug am Arbeitsplatz geladen wird. Die Ladevorgänge werden deshalb innerhalb der möglichen Werktage eines Monats nach einem festen, reproduzierbaren Verfahren verteilt.

Dabei kann nur so viel Energie aufgenommen werden, wie die Fahrzeugbatterie zum jeweiligen Zeitpunkt noch aufnehmen kann. Nicht aufnehmbare Energie wird nicht künstlich auf andere Tage verschoben.

Der eingegebene Stromverbrauch in kWh/100 km wird für das gesamte Berechnungsjahr verwendet.

Einflüsse wie Außentemperatur, Geschwindigkeit, Fahrstil, Heizung, Klimatisierung oder unterschiedliche Streckenprofile werden nicht separat modelliert.

Werden diese Effekte bereits durch einen realistischen Jahresverbrauch des Fahrzeugs berücksichtigt, fließen sie indirekt in die Berechnung ein.

Die maximale Ladeleistung begrenzt die Heimladung. Eine fahrzeugspezifische Reduzierung der Ladeleistung bei hohem Batterieladestand wird nicht modelliert.

Ebenso werden Batterietemperatur, Zellchemie, Alterung und fahrzeugspezifische Ladeelektronik nicht separat berücksichtigt.

Für die Speicherberechnung wird die nutzbare Batteriekapazität als begrenzter Energiespeicher behandelt.

Der angegebene Verbrauch in kWh/100 km wird in der aktuellen Methodik als Energiebedarf der Fahrzeugladung verwendet.

Zusätzliche Verluste der Wallbox, des Onboard-Laders oder der Fahrzeugbatterie werden nicht als eigener Verlustfaktor aufgeschlagen. Sollen diese Verluste berücksichtigt werden, sollte der eingegebene Verbrauch möglichst dem tatsächlich gemessenen Strombezug für das Fahrzeug entsprechen.

Version 1.0 modelliert eine normale, nicht PV-optimierte Heimladung innerhalb der vom Nutzer angegebenen Ladefenster.

Nicht Bestandteil dieser Methodik sind:

• PV-Überschussladen
• dynamische Stromtarife
• tarifabhängige Ladeverschiebung
• HEMS-gesteuertes Laden
• Vehicle-to-Home oder bidirektionales Laden
• gezielte Optimierung der Fahrzeugladung anhand des Ladezustands des Heimspeichers

Diese Funktionen würden das Ladeverhalten aktiv verändern und benötigen deshalb eine eigene Methodik.

Die aktuelle Methodik bildet ein Elektrofahrzeug ab. Mehrere Fahrzeuge mit unterschiedlichen Fahrprofilen, Batteriekapazitäten und Ladefenstern werden in Version 1.0 nicht als getrennte Fahrzeuge simuliert.

Bei identischen Eingabedaten erzeugt SpeicherGrenze immer dasselbe Ladeprofil.

Es werden keine zufälligen Fahrten, Ladezeiten oder zusätzlichen Verbrauchswerte erzeugt. Dadurch kann ein Ergebnis jederzeit mit denselben Eingaben erneut berechnet und überprüft werden.

Für jedes berechnete Jahr wird kontrolliert, ob die Energieströme innerhalb des Fahrzeugmodells zusammenpassen.

Dabei werden insbesondere folgende Größen getrennt erfasst:

• Fahrenergiebedarf
• tatsächlich gedeckter Fahrenergiebedarf
• nicht gedeckter Fahrenergiebedarf
• deklarierte Arbeitsplatzladung
• tatsächlich aufgenommene Arbeitsplatzladung
• nicht aufnehmbare Arbeitsplatzladung
• Heimladung
• Energieinhalt der Fahrzeugbatterie zu Beginn und am Ende des Berechnungszeitraums

So kann überprüft werden, ob Energie innerhalb der Simulation verloren geht, doppelt berücksichtigt wird oder an einer Stelle auftaucht, an der sie physikalisch nicht vorhanden sein kann.

Der Energieinhalt der Fahrzeugbatterie darf während der gesamten Berechnung weder unter null fallen noch die angegebene nutzbare Batteriekapazität überschreiten.

Auch externe Ladevorgänge werden nur bis zur verfügbaren freien Batteriekapazität berücksichtigt.

Das Rechenbeispiel dieser Methodik zeigt diesen Fall unmittelbar: Von den jährlich angebotenen 1.440 kWh Arbeitsplatzladung können 531,2 kWh tatsächlich aufgenommen werden. 908,8 kWh bleiben ungenutzt, weil das Fahrzeug zu den entsprechenden Zeitpunkten keine zusätzliche Energie aufnehmen kann.

Heimladung darf ausschließlich innerhalb der vom Nutzer angegebenen Zeitfenster stattfinden.

Jedes Ladefenster hat eine ausdrückliche Anfangs- und Endzeit. Identische Anfangs- und Endzeiten sind ungültig und bedeuten nicht eine Verfügbarkeit über 24 Stunden.

Für jedes 15-Minuten-Intervall wird geprüft, ob das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt für die Heimladung verfügbar ist. Außerhalb dieser Zeiträume bleibt die EV-Heimlast bei null.

Die maximale Ladeenergie pro Intervall wird zusätzlich durch die angegebene Ladeleistung begrenzt.

Bei einer Ladeleistung von 11 kW können beispielsweise innerhalb eines 15-Minuten-Intervalls maximal 2,75 kWh geladen werden.

Die typische Fahrstrecke für Montag bis Freitag, Samstag und Sonntag dient ausschließlich zur zeitlichen Verteilung der Fahrleistung.

Die daraus entstehende Tagesstruktur wird für jedes Kalenderjahr so angepasst, dass die vom Nutzer angegebene Jahresfahrleistung vollständig erhalten bleibt.

Im Referenzbeispiel ergeben 18.000 km/Jahr bei 17,5 kWh/100 km deshalb unabhängig von der Verteilung exakt 3.150 kWh Fahrenergiebedarf.

Das Ladeprofil wird für das jeweilige Kalenderjahr neu erzeugt. Dadurch werden die tatsächlichen Wochentage des Jahres berücksichtigt.

Ein Montag bleibt ein Werktag, ein Samstag wird mit dem angegebenen Samstagsprofil berechnet und ein Sonntag mit dem Sonntagsprofil.

Für die Speicherberechnung verwendet SpeicherGrenze damit kein abstraktes Standardjahr mit einer immer gleichen Wochenfolge.

Der Energiezustand der Fahrzeugbatterie darf nicht davon abhängen, mit welchem willkürlichen Ladezustand die Berechnung am 1. Januar gestartet wird.

SpeicherGrenze behandelt das Fahrzeug deshalb als wiederkehrendes Jahressystem. Die Berechnung wird so lange auf das gleiche Jahr angewendet, bis sich der Batteriezustand an der Jahresgrenze stabilisiert hat.

Erst dieser stabile Jahreszustand wird für das endgültige Ladeprofil verwendet.

Dadurch wird verhindert, dass ein zufällig gewählter Startwert das Ergebnis der Speicherberechnung beeinflusst.

Das in Kapitel 5 veröffentlichte CSV dient gleichzeitig als reproduzierbares Referenzbeispiel der Methodik.

Die Datei wurde direkt mit der produktiven Berechnungslogik von SpeicherGrenze erzeugt. Bei unveränderter Methodik und identischen Eingabedaten muss das gleiche Ladeprofil erneut entstehen.

Änderungen an der Berechnungslogik können dadurch gegen einen bekannten Referenzfall geprüft werden.