Wallbox mit PV-Überschussladen nachrüsten

PV-optimiertes Laden mit (fast) jeder beliebigen Wallbox – Alle Möglichkeiten und benötigten Komponenten

Auch „normale Wallboxen“, die nicht speziell für PV-Laden konzipiert wurden, können relativ einfach zum PV-Überschussladen verwendet werden. Mit den richtigen Komponenten kann beinahe jede beliebige Ladestation zum PV-optimierten Laden umgerüstet werden. Wie das genau geht, welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen und welches Zubehör dazu benötigt wird, lesen Sie hier.

Grundlegendes zum PV-Überschussladen

Bevor es zu den benötigten Komponenten geht, noch ein paar Worte zum Funktionsprinzip des PV-optimierten Ladens. Das Funktionsprinzip ist bei speziellen PV-Wallboxen und nachgerüsteten Wallboxen dasselbe. PV-Überschussladen bedeutet, dass jene Menge an selbst produziertem Sonnenstrom ins Fahrzeug geladen wird, die nach Abzug der momentan laufenden Verbraucher bzw. Geräte von der aktuellen PV-Leistung noch übrig ist. Die Wallbox muss also so gesteuert werden, dass sie die Ladeleistung entsprechend des vorhandenen Überschusses anpasst. Ein kurzes Beispiel: Produziert z. B. die Solaranlage gerade 6 kW und beträgt der aktuelle Stromverbrauch im Haus gerade 2 kW so stehen in diesem Moment 4 kW Überschuss zur Verfügung. Anstatt die 4 kW ins öffentliche Netz einzuspeisen, sollen diese in die Fahrzeugbatterie fließen. Dafür sorgt eine externe Steuerung, die den Ladestrom der Wallbox gemäß dem aktuellen Überschuss vorgibt. Bei der externen Steuerung handelt es sich um eine Software, die auf einer eigenen Hardware oder in der Cloud ausgeführt werden kann. Wichtig zu wissen ist: Die Ladeleistung wird beim PV-Überschussladen permanent angepasst und diese Anpassung wird von einer externen Steuerung übernommen.

Voraussetzungen für PV-Überschussladen mit einer beliebigen Wallbox

Abgesehen vom Vorhandensein einer PV-Anlage inkl. Wechselrichter, muss auch die Wallbox bestimmte Kriterien erfüllen, damit diese mit einer PV-Ladefunktion erweitert werden kann. Das Wichtigste: die Wallbox muss die Möglichkeit einer externen Steuerung bieten. Hier gibt es zwei grundlegende Varianten, nämlich die Möglichkeit einer einfachen Steuerung (EIN/AUS) oder einer dynamischen Steuerung des Ladestroms (z. B. in 1-Ampere-Schritten).

Variante 1: Wallbox mit einfacher Steuerungsmöglichkeit

Die Steuerung kann sehr einfach gehalten sein und z. B. über einen potentialfreien Eingang erfolgen, der es lediglich ermöglicht, den Ladevorgang zu starten und zu stoppen (ON/OFF). Der Nachteil: ein externer Regler kann den Ladevorgang zwar starten und stoppen, aber die Ladeleistung nicht dynamisch ändern. Diese Variante ist zum PV-Laden weniger optimal. In diesem Fall würde man die Ladeleistung der Wallbox generell sehr gering ansetzen, damit der Ladevorgang auch schon bei geringer PV-Leistung gestartet werden kann (einphasig mindestens 1,4 kW / dreiphasig mindestens 4,1 kW). Der Nachteil: die Wallbox lädt dann permanent und unverändert mit der voreingestellten Ladeleistung. Steigt die PV-Produktion, bleibt die Ladeleistung trotzdem gleich gering und ein Teil des Überschusses wird (evtl. ungewollt) ins öffentliche Stromnetz eingespeist.

Variante 2: Wallbox mit dynamischer Steuerungsmöglichkeit

Dies ist die bevorzugte Variante, wenn eine bereits vorhandene Wallbox im Nachhinein mit einer PV-Überschussladefunktion nachgerüstet werden soll. Beinahe jede Wallbox, deren Ladeleistung extern vorgegeben werden kann, eignet sich zum PV-optimierten Laden. Ein externes Steuergerät (z. B. ein Ladecontroller oder Energiemanagementsystem) weiß über den solaren Überschuss im Gebäude Bescheid und stellt die Ladeleistung der Wallbox entsprechend ein. Wie genau die externe Steuerung der Wallbox mitteilt, mit welcher Leistung sie laden soll, hängt von den Konnektivitätsmöglichkeiten der Wallbox und der Steuerung ab. Die Vorgabe des Ladestroms kann von der externen Steuerung z. B. per Modbus, aber auch per LAN, WLAN oder über das Internet erfolgen. Wichtig ist, dass sowohl Wallbox als auch externe Steuerung über eine gemeinsame Kommunikationsmöglichkeit verfügen.

Komponenten zum Nachrüsten einer Wallbox mit PV-optimiertem Laden

Um eine Wallbox im Nachhinein mit einer PV-Funktion zu erweitern, wird zumindest eine zusätzliche Komponente benötigt: die externe Steuerung. Außerdem werden die aktuellen Überschusswerte benötigt. Wenn diese nicht über den Wechselrichter oder den (smarten) Hauszähler zur Verfügung stehen, wird ein Messmodul benötigt, das im Zählerkasten den Bezug bzw. Überschuss misst und diesen der externen Steuerung mitteilt.

Externe Steuerung

Die Steuerung kann entweder von einem sofort einsatzbereiten Ladecontroller übernommen werden (Variante 1), aber auch von einer Software, die auf eigener Hardware läuft (Variante 2), oder von einer Cloud-basierten Lösung (Variante 3).

Variante 1: Externe Steuerung über Ladecontroller

In diesem Fall übernimmt ein Ladecontroller – ähnlich wie ein Energiemanager – die Steuerung der Wallbox. Bei Ladecontrollern handelt es sich meistens um kleine Hardware-Geräte, auf denen bereits die PV-Steuerungssoftware fix und fertig installiert ist. Hard- und Software sind in diesem Fall perfekt aufeinander abgestimmt. Oft genügt es, das Gerät an die Stromversorgung anzuschließen, die Messklemmen beim Hausübergabepunkt anzubringen, die Wallbox zu verbinden und der Ladecontroller ist einsatzbereit.

Mittlerweile gibt es mehrere Hersteller am Markt, die Ladecontroller anbieten, um herkömmliche Wallboxen mit einer PV-Ladefunktion nachzurüsten:

• nymea:energy Gateway*
• openWB Standalone
• SMARTFOX PRO 2 Solar-Energiemanagementsystem*
• Solar Manager*
• Set: go-e Gemini mit PV-Controller
• Set: Entratek Power Dot Eco mit Hub

Variante 2: Externe Steuerung über eigene Hardware mit zusätzlicher Software

Im Endeffekt handelt es sich hierbei um einen ähnlichen Ansatz wie bei Variante 1, allerdings wählt man hier die Steuerungssoftware selbst aus und installiert diese dann auf einer beliebigen Hardware. Dabei kann es sich z. B. um einen Kleinstcomputer (z. B. Raspberry PI), einen vollwertigen WIN-/MAC- oder LINUX-PC oder um ein ausgemustertes Smartphone handeln. Der Rechner bzw. das Smartphone muss mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattet sein, mit der auch die Wallbox kompatibel ist, z. B. eben Modbus, LAN oder WLAN.

Mittlerweile gibt es am Markt mehrere Anbieter für herstellerunabhängige Steuerungs-Apps, um ganz gewöhnliche Wallboxen zum PV-Laden zu verwenden. Einige der Apps sind kostenfrei und/oder Open Source, andere können per Einmalbetrag oder per Abo gekauft werden:

• evcc
• TeslaSolarCharger (nur für Tesla)
• Wallbox-Steuerung für E-Autos (nur für Android)

Variante 3: Externe Steuerung über Cloud-basierte Lösung

Der Vorteil dieser Variante: es wird keine zusätzliche Hardware benötigt, sondern lediglich ein Zugang zu einer Cloud-App für PV-Überschussladen. Allerdings muss es der Cloud-App möglich sein, auf den aktuellen Strombedarf im Gebäude über das Internet zuzugreifen, z. B. über einen internetfähigen Smart Meter. Das gleich gilt für die Steuerung der Wallbox. Auch die Wallbox muss in diesem Fall internetfähig sein. So kann die Cloud-App den aktuellen Überschuss (über das Internet) feststellen und der Wallbox die Ladeleistung (über das Internet) vorgeben. Die App ist sozusagen die Zentrale in der Cloud, in der alle Informationen zusammenlaufen und von wo aus auch die Steuerbefehle an die Wallbox gesendet werden. Alle Geräte, z. B. Smart Meter, Wechselrichter, Ladestation, Wärmepumpe, Heizstab, Steckdosenschalter etc. werden in der Cloud miteinander verbunden. Folgende Anbieter ermöglichen eine Steuerung des PV-Überschussladens über die Cloud:

• clever-PV*

Energiezähler / Messmodul

Damit die externe Steuerung den Ladestrom entsprechend dem aktuellen Solar-Überschuss regeln kann, muss sie über den vorhandenen Überschuss Bescheid wissen. Die Information zum aktuellen Überschuss kann die externe Steuerung z. B. über einen Smart Meter (Energiezähler/Messmodul) abfragen. Wer keine Möglichkeit oder Lust hat, einen Smart Meter fest zu installieren, kann auch auf Messmodule mit Stromwandlerklemmen (CT-Klemmen) zurückgreifen. In diesem Fall werden einfach Klemmen um die vorhandenen Leiter geklemmt, die den Stromfluss messen. Diese Werte stehen dann der externen Steuerung zur Verfügung. Eine andere Variante sind Energiemesser, die direkt auf dem bereits vorhandenem, digitalen Stromzähler befestigt werden und den Stromfluss über die Infrarot-Schnittstelle des Zählers auslesen. Der Powerfox Poweropti wird zum Beispiel einfach auf den Metallring um die Infrarotschnittstelle gesetzt und haftet darauf dank des integrierten Magneten. Für die Messung des aktuellen Überschusses stehen z. B. folgende Messmodule zur Verfügung:

• Emporia Vue Energy Monitor*
• powerfox poweropti (mit LED-Diode und Magnetmontage)*
• powerfox poweropti(mit IR-Diode und Magnetmontage)*
• powerfox poweropti+ (für Zähler von eBZ oder easyMeter)*
• Shelly 3EM*

Zusammenfassung – Ladestation mit PV-optimiertem Laden nachrüsten

Eine Wallbox kann relativ einfach mit der Funktion „PV-Überschussladen“ nachträglich ergänzt werden. Voraussetzung ist, dass die Wallbox in der Lage ist, dass die Ladeleistung von einer externen Steuerung vorgegeben und dynamisch angepasst werden kann. Für die Nachrüstung wird neben der externen Steuerung (z. B. ein Ladecontroller, eine Hard-/Software oder Cloud-App) auch der aktuelle PV-Überschuss benötigt. Dieser kann z. B. von einem Smart Meter ausgelesen werden, der im Zählerschrank den aktuellen Stromfluss misst. Wichtig ist, dass alle benötigten Geräte miteinander kommunizieren können – entweder über Modbus RTU/TCP, Ethernet, WLAN/WiFi oder über eine Internetverbindung.

Noch Fragen oder Tipps?

PV-Überschussladen ist ein breites Feld und dieser Beitrag zeigt nur die grundlegenden Möglichkeiten auf, wie eine bereits installierte Ladestation zu einer Wallbox mit PV-Überschussladen umgerüstet werden kann. Die Herausforderungen liegen wie so oft im Detail. Bei Fragen oder eigenen Erfahrungen hinterlassen Sie bitte gerne unten ein Kommentar.

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