Park & Shine: Den Sion in der Sonne parken und dabei gratis Solarenergie laden

Von Sono Motors

15. September 2020

Um die Solarintegration im Sion optimal zu nutzen, sollte das Fahrzeug in der Sonne geparkt werden. Aber lohnt sich das überhaupt oder wird die gesamte gewonnene Energie für die Klimaanlage zur Kühlung des Innenraums benötigt? Diese Frage hat unsere Community uns gestellt. Deshalb haben Mathieu, Direktor für Photovoltaik-Integration, und Christian, Ingenieur für Photovoltaik-Leistungselektronik, uns im folgenden Artikel erklärt, wie die Ladung der Batteriezellen durch die Sonne funktioniert und wie viel Energie zur Kühlung des Innenraums benötigt wird.

Die Energie der Sonne, die wir auf der Erde innerhalb einer Stunde erhalten, ist theoretisch ausreichend, um die Weltbevölkerung ein ganzes Jahr mit Elektrizität zu versorgen. Diese Energie ist frei verfügbar und vorhanden ohne auf endliche Ressourcen zurückgreifen zu müssen. Wir nutzen diese Energie durch die Integration von Solarzellen in der Karosserie des Sion. Die Technologie ist in die schwarze Oberfläche des Fahrzeugs so verbaut, dass sie kaum sichtbar ist. Das Besondere daran ist die Integration in der gesamten Karosserie, also auch in den Seitenteilen des Fahrzeugs. Das ergibt eine Gesamtfläche der Solarzellen von sechs Quadratmetern. Durch diese Technologie werden zudem 20 Prozent an Gewicht, im Vergleich zu herkömmlichen Autoteilen, eingespart. Die Solarintegration ermöglicht eine zusätzliche Reichweite von bis zu 5.800 Kilometern im Jahr – ganz ohne weitere externe Energiequelle. In einem früheren Beitrag von Christian haben wir zum aktuellen Stand der Entwicklung der Solar Integration bereits berichtet.

Funktionsweise der Ladung durch Solarenergie

Bevor wir euch nun beispielhaft erklären, wie hoch der Verbrauch für die Nutzung einer Klimaanlage in einem Sion ist und in welchem Verhältnis dies zur durch die Sonne gewonnenen Energie steht, gehen wir auf die Funktionsweise der Ladung mit Solarenergie ein. 

Die zusammen mit unseren Partnern in Spanien entwickelte Intelligenz in der MPPT Central Unit, misst in dynamischen Zeitabständen, wie stark die Sonneneinstrahlung ist. Wird die vordefinierte Minimalschwelle erreicht, ab der es sinnvoll ist, den Ladeprozess zu beginnen (beispielsweise bei Sonnenaufgang), wird das Fahrzeugsteuergerät (Vehicle Control Unit) aktiviert und unter anderem der Ladezustand und die Zelltemperatur der Batterie abgefragt. Beide Werte müssen für eine effiziente und batterieschonende Ladestrategie unbedingt berücksichtigt werden. Nicht jeden Tag müssen 250 Kilometer zurückgelegt werden. Der Fahrzeugbesitzer kann daher die obere SOC-Schwelle, also zu wie viel Prozent die Batteriezellen aufgeladen werden sollen, selbst festlegen. Dies macht im Hinblick auf die Lebensdauer der Batteriezellen besonders Sinn, da diese eine längere Lebensdauer aufweisen, wenn sie nicht ständig zu 100 % geladen sind. Beim konduktiven Laden, also zum Beispiel über die Wallbox, ist die Konfiguration der SOC-Schwelle über das Infotainmentsystem aktuell bereits möglich. Dazu haben wir im Video eines früheren Blogposts zum Thema Infotainmentsystem berichtet. Wird hier durch den Fahrzeugbesitzer festgelegt, dass der Ladevorgang über die Wallbox zum Beispiel bei 80 % enden soll, könnten die verbleibenden 20 % weiter mit Solarenergie aufgefüllt werden. 

An dieser Stelle sind wir in der Entwicklung offen für die Wünsche der Community. Soll über die Sonne weiter geladen oder aber auch hier der Fokus auf die Lebensdauer der Batteriezellen gelegt werden? Lasst es uns gerne wissen!

Solange das Fahrzeugsteuergerät die grundsätzliche Freigabe zum Solarladen erteilt, läuft der gesamte Prozess im Rahmen der definierten Grenzwerte im Hintergrund ab. Der Fahrzeugbesitzer bekommt im Infotainmentsystem die Werte zum Status der Ladung angezeigt.

Was aber wenn eine Wolke die Sonne verdeckt? Ständiges Starten und Enden des Ladens kann zum einen kontraproduktiv für die Lebensdauer von Batteriekomponenten sein, zum anderen muss auch der Eigenverbrauch des Systems berücksichtigt werden. Unsere Lösung dafür: das Auffangen dieser Schwankungen. Abhängig von der Dauer und der Intensität der Verschattung können diese Schwankungen der Sonneneinstrahlung überbrückt werden, ohne dass der Ladevorgang abgebrochen wird. Ändern sich die Wetterverhältnisse über einen längeren Zeitraum oder die Sonne geht unter, schaltet sich das System nach einer gewissen Zeit von selbst ab. Bereits in unseren nächsten Prototypen, die Ende des Jahres der Welt präsentiert werden, ist diese Funktion integriert. Auch wenn die Sonneneinstrahlung weiter besteht, der Ladezustand jedoch bereits bei 100 % ist, schaltet sich die Ladeautomatik ab. Somit können die Batteriezellen nicht geschädigt werden.

Da dieser Mechanismus in das Fahrzeug integriert ist, ist es sinnvoll den Sion langfristig den größten Teil des Tages im direkten Sonnenlicht zu parken. So kann der optimale Ladewirkungsgrad erreicht werden. Zum Beispiel könnte man im Juni in München die Batteriezellen innerhalb von einer Woche nur mit Solarenergie aufladen, vorrausgesetzt, dass der Sion auf offenem Gelände geparkt ist. Der Langzeiteffekt für die Reichweite und die Betriebszeiten der Elektronik ist für den CO2-Fußabdruck besonders entscheidend. Die Solarintegration des Sion ist daher daraufhin bestens optimiert. 

Welche Energie wird zur Kühlung des Innenraums benötigt?

Nun aber zurück zur Ausgangsfrage des Artikels. Lohnt es sich, den Sion in der Sonne zu parken, oder benötigt er die gesamte durch die Sonne gewonnene Energie, um den Innenraum herunter zu kühlen? Die kurze Antwort: Ja, es lohnt sich!

Warum es sich lohnt, zeigen wir euch hier. 

Vorweg möchten wir an dieser Stelle erwähnen, dass der Sion sich durch die Solar Integration in der Karosserie nicht so sehr aufheizt wie ein schwarzes Auto mit einer herkömmlichen Karosserie. Das liegt daran, dass ungefähr 22 % der Sonnenstrahlung in Energie statt in Hitze umgewandelt wird.

Temperatur im Innenraum des Sion im Vergleich zu einem herkömmlichen schwarzen Auto. Beide Werte beziehen sich auf die untenstehende Außentemperatur beim Parken in der Sonne.

Abhängig von der Jahreszeit und weiteren externen Einflüssen heizt sich der Innenraum unterschiedlich auf. Natürlich kommt es darauf an, wo das Fahrzeug steht. Der Sion wird sich anders aufheizen, wenn er in München steht, als wenn er in Stockholm oder Madrid geparkt ist. Die folgenden Beispiele sind nicht generell gültig, sondern abhängig von unterschiedlichen Faktoren wie zum Beispiel Jahreszeit, Intensität der Sonneneinstrahlung sowie der Fahrweise.

In einem Sommer in München benötigt die Klimaanlage des Sion bei voller Stärke für zehn Minuten Kühlung 0,7 kWh. Mit diesen 0,7 kWh fährt der Sion unter Testbedingungen fünf Kilometer. Da man unter den optimalen Bedingungen an einem Sommertag in München jedoch 34 Kilometer durch die Solarintegration gewinnen kann, werden nur 14 % der generierten Energie benötigt. An einem leicht bewölkten Tag im Sommer oder wenn das Fahrzeug im Schatten geparkt ist, können bis zu zwölf Kilometer zusätzliche Reichweite durch die Solarenergie erzeugt werden. Da man durch die Gegebenheiten weniger Energie benötigt, um den Innenraum zu kühlen, stehen die Verbrauchswerte zum Ergebnis dennoch in einem guten Verhältnis.

In einem Frühling oder Herbst in München benötigt der Sion hingegen nur 0,5 kWh seiner Energie zur Kühlung des Innenraums mit der Klimaanlage. Diese 0,5 kWh würden einer Reichweite von ca. 3,5 Kilometern entsprechen. Im März ist es zum Beispiel durchaus möglich zusätzlich 17 Kilometer an Reichweite durch Solarenergie zu gewinnen.

Neben der Nutzung der Klimaanlage kann das Öffnen der Fenster, wie bei anderen Fahrzeugen auch, die benötigte Energie zur Kühlung weiter reduzieren.

Generell gilt unter optimalen Bedingungen: um 0,7 kWh aus Solarenergie zu gewinnen, muss der Sion 50 Minuten lang in der direkten Sonne geparkt sein. Mit anderen Worten, selbst wenn man den Sion eine Stunde in voller Sonneneinstrahlung parkt, wird mehr Energie produziert als für die Kühlung des Innenraums benötigt wird. Deshalb lohnt es sich langfristig immer den Sion in der Sonne zu parken statt im Schatten. So bekommt das Fahrzeug Energie von der Sonne, ohne auf externe Energielieferanten angewiesen zu sein.

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