sun2wheel | Charge and discharge – Die sun2wheel-Geschichte

Charge and discharge – Die sun2wheel-Geschichte

20. April 2021

Heute ist unser Team sehr stolz, das Go-Live der sun2wheel AG bekannt geben zu können. Das in der Schweiz ansässige Startup bietet Ladeinfrastruktur und 2nd-use-Batterien in Verbindung mit nutzerzentrierten Apps für Haushalte, Eigentumswohnungen und KMUs mit größeren EV-Flotten an. sun2wheel ist auf den Betrieb von bidirektionaler Ladeinfrastruktur und Managementsystemen für 2nd-use-Elektrofahrzeugbatterien spezialisiert.

Unsere Systeme schaffen einen Mehrwert für den Kunden, indem sie die solarbetriebene Fahrleistung maximieren, die Netzunabhängigkeit erhöhen und den Spitzenbedarf mit stationären und/oder mobilen Batterien minimieren. In der Summe senkt dies die Total Cost of Ownership (TCO) und optimiert die Nutzung dezentraler Solarenergie-Ressourcen.

Mit diesem Artikel möchte ich kurz die Motivation und die Möglichkeit darlegen, die das sun2wheel Team verfolgt.

Elektrofahrzeuge haben einen langen Weg hinter sich

Obwohl EVs bereits vor mehr als 100 Jahren eingeführt wurden, gab es in der Schweiz einen jüngeren und ganz besonderen Meilenstein in der Geschichte der EVs, der eng mit der Mission von sun2wheel verbunden ist. Im Jahr 1985 taten sich einige Enthusiasten und Pioniere zusammen und riefen die erste solarbetriebene Rallye namens „Tour de Sol“ ins Leben, um der breiten Öffentlichkeit das Potenzial der Solarenergie zu demonstrieren. In den ersten Versionen wurden die EVs ausschließlich durch Onboard-Solarmodule mit einer maximalen Nennleistung von 480 Watt und einer kleinen Blei-Säure-Batterie mit einer Kapazität von etwa 5 kWh angetrieben. Die „Tour de Sol“ sorgte für viel Schwung und faszinierte die Öffentlichkeit. Nach all diesen Jahren ist die Fortbewegung mit günstigem und sauberem Solarstrom immer noch der Traum der frühen EV-Anhänger. Aber die Geschichte ist hier noch nicht zu Ende!

Ein paar Jahre später kam GMs EV1 mit einer 18-kWh-Batterie auf den amerikanischen Markt. In den frühen 2000er Jahren haben wir keinen Anstieg der Batteriekapazität in EV-Prototypen gesehen, sondern eher einen Technologiewechsel: angetrieben durch die Nachfrage nach tragbarer Elektronik, wurden Lithium-Ionen-Batterien zum Hauptkonkurrenten und wurden in leicht modifizierter Form in vielen neuartigen EVs wie dem Tesla Roadster (2008) verwendet. Anscheinend hatten der „tZero“ (der Vorgänger des Roadsters) und frühe Prototypen des Roadsters eine bidirektionale Ladefunktion, was bedeutet, dass das EV auch entladen werden konnte, wenn es an das Stromnetz angeschlossen war, um das Stromnetz in Zeiten hoher oder niedriger Nachfrage auszugleichen. Diese Funktion des Roadsters war jedoch wahrscheinlich seiner Zeit voraus, da die Vorschriften es nicht zuließen, dass Fahrzeuge Energie, die nicht aus Wind- oder Solarenergie stammte, in das Netz zurückspeisen konnten. Schließlich war damals, anders als heute, Solarenergie deutlich teurer als netzgespeiste Energie.

In den 2010er Jahren wurde die Lithium-Ionen-Batterie-Technologie weiter für den Einsatz in EVs angepasst und die Lernkurve hat die Batteriekosten weiter nach unten getrieben. Infolgedessen können neue EVs mit Batteriekapazitäten über 70 kWh Einzelpersonen problemlos 500 bis 600 km mit einer einzigen Ladung transportieren. Neue Marktteilnehmer wie Nio versprechen, die 1000-km-Reichweite mit einer beeindruckenden Batteriekapazität von 150 kWh zu knacken!

Als EV-Enthusiast oder Early Adopter sind Sie sich wahrscheinlich bewusst, dass eine so große Reichweite in den meisten Situationen nicht benötigt wird, da die meisten Einzelpersonen im Durchschnitt selten über eine Strecke von 30km pro Tag hinaus fahren (entspricht ungefähr 5kWh). Nichtsdestotrotz kaufen viele EV-Anwender absichtlich ein EV mit großer Reichweite, um seltene, aber ziemlich lange Fahrten mit wenigen Schnell-/Superladestopps zu bewältigen.

Die „Reichweite“ Ihres Hauses

sun2wheel | Bild: Charge and discharge – Die sun2wheel-Geschichte

Es ist entscheidend, die Diskussion um Reichweite und Batteriegrößen von E-Fahrzeugen im Kontext des Energiesystems bzw. des Prosumer-Haushalts (d.h. Verbraucher mit eigener Solaranlage) zu interpretieren. Der durchschnittliche Verbrauch eines Einfamilienhauses liegt bei etwa 10 kWh pro Tag (etwa ein Drittel dieses Bedarfs wird direkt durch den Eigenverbrauch über die Dachsolaranlage selbst gedeckt, was den durchschnittlichen Nettoverbrauch noch weiter reduziert). Die meisten der neuen EVs, die in den kommenden Monaten auf den Markt kommen, haben eine Batteriekapazität von über 35kWh, mindestens 3x mehr als der durchschnittliche Verbrauch eines Haushalts. Typische Mittelklasse-EVs werden jedoch sicherlich Batteriekapazitäten irgendwo nördlich von 60kWh oder mindestens 6x mehr als Ihr durchschnittlicher Tagesverbrauch bieten!

Die obige Abbildung zeigt die Batteriekapazitäten von bidirektionalen E-Fahrzeugen (d. h. die Batterie kann entladen werden, wenn sie mit unserem bidirektionalen Ladegerät verbunden ist) und wie sie mit dem durchschnittlichen täglichen Stromverbrauch von Haushalten verglichen werden. Das Spannende daran ist, dass immer mehr EVs bidirektionale Fähigkeiten haben werden, was eine kostengünstige Möglichkeit bietet, überschüssige Solarenergie zu speichern oder eine neuartige Möglichkeit, Netzbetreibern Hilfsdienste anzubieten.

Um es klar zu sagen: Wenn Sie eine lange Reise planen, werden Sie die Batterie Ihres E-Fahrzeugs sicher nicht nutzen, um Ihre Haushaltsgeräte zu betreiben oder das Stromnetz zu stabilisieren. Solche Fahrten kommen jedoch nicht oft vor, und sun2wheels Mission ist es, diese überschüssige Batteriekapazität für jedes Gebäude und das Energiesystem insgesamt zur Verfügung zu stellen, wenn Sie Ihr EV nur für Kurzstreckenfahrten nutzen.

Werte für den Anwender

Viele Haushalte können ihr Gebäude mit einer eigenen Solaranlage in ein kleines Kraftwerk verwandeln und Strom für weniger als 0,1 CHF/kWh produzieren (der Verbrauch von Strom aus dem Netz kostet mehr als das Doppelte). Ihr bidirektionales EV kann Ihnen also helfen, tagsüber billige überschüssige Solarenergie zu speichern und sie nachts oder wenn die Sonne nicht scheint, wieder abzugeben (Vehicle2Home, V2H).

sun2wheel | Bild: Charge and discharge – Die sun2wheel-Geschichte

This is also economically highly efficient, as your EV is in most cases cheaper than a classical stationary battery (if you look at the per kWh cost of your EV). Our V2X-controller will make sure that there is always enough energy available to cover the desired distance. Another source of monetization is the provision of reserve power for the electricity grid. Already today, grid operators reward storage operators (small and large) when providing power reserves (positive and negative) to handle temporary imbalances in the electricity grid. Therefore, households or entire fleets can participate in these ancillary services and monetize the temporary idle batteries by reserving or holding back power for the grid (Vehicle2Grid, V2G).

 

Through our app, we make the experience of driving with solar energy and using the EVs battery to power a home more tangible. The app allows to set minimum battery levels for each day of the week, to ensure that the user can cover the required distance with her EV, while the rest of the battery is put into the service of prosumer building or the energy system at large.

However, not every EV allows for bidirectional charging and some households may favor a stationary storage solution because their EV is not often at home. For those configurations we offer stationary 2nd-use battery systems to store surplus solar energy.

sun2wheel | Bild: Charge and discharge – Die sun2wheel-Geschichte

Degradation

Ein großes Problem beim bidirektionalen Ladebetrieb ist die zusätzliche Degradation der Batterie. Der durchschnittliche Leistungsbedarf eines Gebäudes ist jedoch sehr klein im Vergleich zum Leistungsbedarf eines EVs auf der Straße. Um ein Auto auf der Autobahn (gleichbleibende Geschwindigkeit) zu bewegen, werden 30 bis 40 kW benötigt. Aber die meisten (sportlichen) Fahrer werden hin und wieder die verfügbare Leistung ausreizen, um das sofortige Drehmoment zu spüren, das ein EV bietet, das meist weit über 100kW liegt. Zu Hause jedoch werden typische Geräte nicht mehr als 5 kW benötigen (für die meiste Zeit) und unser bidirektionales Ladegerät (two-way-10) wird nicht mehr als 10kW ziehen oder laden (10x weniger als die Leistung eines EV). Darüber hinaus kann die EV-Batterie in einem angenehmen Ladezustandsbereich betrieben werden, in dem die Degradation minimal ist (schließlich ist für die meiste Zeit genügend Speicher vorhanden). Ja, bidirektionale Autos, die im V2X-Modus betrieben werden, werden von der Degradation betroffen sein, aber aufgrund der Leistungs- und Speicheranforderungen kann sie auf ein absolutes Minimum reduziert werden.

Dynamischer Markt der Zukunft

Wir befinden uns mitten in der lang erwarteten Massenakzeptanz von E-Fahrzeugen und sehen ein großes Potenzial darin, das E-Fahrzeug oder ganze Flotten zu einem wichtigen und integralen Bestandteil eines jeden Gebäudes zu machen, das seinen eigenen Strom mit Hilfe von Solarstrom auf dem Dach produziert.

sun2wheel macht ungenutzte Speicherkapazitäten für den Prosumer-Haushalt oder das Energiesystem im Ganzen verfügbar. Wo es sinnvoll oder gewünscht ist, können wir das System mit 2nd-Use-Batteriesystemen erweitern und mit unserem System ganze EV-Flotten betreiben oder Stromflüsse in Eigentumswohnungen managen, um sicherzustellen, dass nicht mehr Strom bezogen wird, als am Netzanschlusspunkt zur Verfügung steht. Unsere App wurde für ein nicht-intrusives Management einer Flotte beliebiger Größe entwickelt und macht die Integration in das Gebäudesystem so reibungslos wie möglich.

Bislang sind japanische EV-Modelle die bidirektionalen Vorreiter, die tatsächlich auf dem Markt verfügbar sind. Aber europäische Hersteller (insbesondere der Volkswagen-Konzern) haben einen sehr klaren Weg zu bidirektionalen Fahrzeugen angekündigt, die eine Sektorenkopplung von Mobilitäts- und Gebäudeenergiesystemen ermöglichen. Informieren Sie sich über uns und unsere Produkte auf unserer neuen Website www.sun2wheel.ch und kontaktieren Sie uns bei Fragen oder Anfragen!

Text und Grafiken: Sandro Schopfer, sun2wheel AG