Energiemanagement-Strategien für parkplätze mit photovoltaik-basierten EVs unter Berücksichtigung der Batteriealterungskosten

Warum intelligenteres Laden von Elektroautos wichtig ist

Mit der Verbreitung von Elektrofahrzeugen kann bereits das einfache Einstecken eines Autos das Stromnetz und die Haushaltskassen belasten. Diese Studie untersucht, wie solarbetriebene Parkplätze — Orte, an denen viele Autos stundenlang stehen — Energie auf intelligente Weise untereinander handeln können. Indem sie koordinieren, wann sie laden, wann sie überschüssigen Solarstrom teilen und wie viel zusätzlicher Verschleiß an Fahrzeugbatterien zugelassen wird, zeigen die Forscher, dass sich die Ladekosten senken und saubere Energie besser nutzen lässt.

Parkplätze als kleine Energiezentren

Die Arbeit stellt sich ein Stadtviertel mit mehreren großen Parkplätzen vor, die jeweils mit Solarpaneelen bedeckt und mit geparkten Elektrofahrzeugen gefüllt sind. Anstatt dass jeder Parkplatz einfach Strom aus dem Netz bezieht und überschüssigen Solarstrom zu einem niedrigen Preis zurückverkauft, agiert jeder Parkplatz wie ein kleines Energiebündel. Er kann Autos mit eigenem Solarstrom laden, Strom vom übergeordneten Netz kaufen oder an dieses verkaufen und überschüssige Solarenergie direkt mit anderen Parkplätzen handeln. Die zentrale Idee ist, all dies über einen preisbasierten Marktplatz zu steuern, so dass Energie jeweils dorthin fließt, wo sie in einer bestimmten Stunde den höchsten Wert hat.

Käufer und Verkäufer verhandeln lassen

Zur Koordination dieses lokalen Marktplatzes entwickeln die Autoren ein "zweiseitiges Bietsystem". Parkplätze, die Energie benötigen, geben Kaufangebote ab; solche mit überschüssigem Solarstrom oder Energie aus eingesteckten Fahrzeugen geben Verkaufsangebote ab. Eine zentrale Software sammelt diese Gebote und bildet den Markt: Höhere Kaufgebote werden zuerst bedient, und niedrigere Verkaufsangebote werden gematcht, solange beide Seiten gegenüber der einfachen Nutzung des Hauptnetzes profitieren. Dieses System hält die vereinbarten Preise zwischen dem normalen Einzelhandelspreis für Strom und dem günstigeren Tarif für den Export von Solarstrom ins Netz, sodass sowohl Käufer als auch Verkäufer vom lokalen Handel profitieren.

Planung für Wolken, Verkehr und Batterieverschleiß

Die Realität ist unübersichtlich: Sonneneinstrahlung ändert sich mit dem Wetter und Fahrer kommen unregelmäßig an oder fahren weg. Die Studie begegnet dem, indem ihr Markt auf viele mögliche "Was-wäre-wenn"-Szenarien angewendet wird. Sie nutzt ein spezialisiertes neuronales Netzwerk zur Vorhersage der Solarerträge und erstellt daraus mehrere Varianten des Tages mit leicht höherer oder niedrigerer Sonneneinstrahlung und Ladeanforderung. Das Modell schätzt außerdem, wie stark jede Lade- und Entladevorgang die Autobatterien abnutzt, und setzt für diesen Verschleiß einen Geldwert an. All diese Faktoren fließen in einen mathematischen Optimierungsprozess ein, der nach der Kombination aus Handel und Ladeplänen sucht, die die Fahrzeuge geladen hält und gleichzeitig die Gesamtkosten minimiert.

Was die Simulationen zeigen

Die Forscher testen ihren Ansatz an einem Standardmodell eines urbanen Stromnetzes mit sechs großen EV-Parkplätzen, die jeweils etwa hundert Autos bedienen. Sie vergleichen ihre Handelsstrategie mit einer konventionelleren Lösung, bei der jeder Parkplatz nur seine eigenen Solarpaneele nutzt und zusätzlichen Strom vom Netz bezieht. Wenn lokaler Handel erlaubt ist, sinken die Gesamtkosten für das Laden deutlich: um etwa 11,8 % unter einem dynamischen Preisschema, bei dem sich die Strompreise über den Tag ändern, und um fast 2 % unter einem Festpreisschema. Selbst wenn die angenommene Batterieverschleißkosten um bis zu 30 % erhöht werden, bleibt der Handelsansatz günstiger als der konventionelle Fall. Das System erweist sich zudem als robust, wenn Solarertrag und Fahrmuster um ±10 % variiert werden.

Was das für zukünftiges Laden bedeutet

Einfach ausgedrückt zeigt die Studie, dass es sich lohnt, solarausgestattete Parkplätze und eingesteckte Autos als aktive Teilnehmer eines lokalen Energiemarktes zu behandeln. Indem Parkplätze miteinander verhandeln und Alterung der Batterien sowie wetterbedingte Unsicherheit berücksichtigt werden, senkt die vorgeschlagene Strategie die Ladekosten und reduziert vergeudeten Solarstrom. Bei breiter Anwendung könnten ähnliche marktbasierte Ansätze das Elektrofahren günstiger und sauberer machen und gleichzeitig die Belastung der Stromnetze verringern, während die Zahl der Elektrofahrzeuge weiter wächst.

Zitation: Khan, M.O., Ahmad, F., Ali, M. et al. Energy management strategies for solar photovoltaic-based EV parking lots with consideration of battery degradation cost. Sci Rep 16, 13841 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42238-z

Schlüsselwörter: elektrofahrzeugladung, Solarparkplätze, Energiehandel, Vehicle-to-Grid, Batteriedegradation