Lastmanagement (Ladestation)

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Das Lastmanagement ist eine Regelung für Ladestationen von Elektroautos für die Fällen, in denen ein lokales Stromnetz nicht ausreichend Ladeleistung für die angeschlossenen Ladestationen zur Verfügung stellen kann. Insbesondere in bestehenden Mehrfamilienhäusern sind die Hausanschlussleitung nicht für das Laden von Elektroautos ausgelegt. Das Verstärken der Hausanschlüsse ist häufig mit höheren Leiterquerschnitten und somit dickeren Kabeln verbunden. Da energietechnische Anlagen auf die Maximalleistung dimensioniert werden, verursacht diese Leistungssteigerung zusätzliche Kosten. Ein Lastmanagement kann diese Lastspitzen bis zu einem gewissen Grad samt den nötigen Ausbau und die damit verbundenen Kosten vermeiden[1].

Hausanschluss[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Haus- oder Gebäudeanschluss ist der Übergabepunkt des Verteilnetzbetreibers. Dies erfolgt in der Regel in einem Hausanschlusskasten. Hier erfolgt die übergeordnete Absicherung des Gebäudes mit den Hauptsicherungen. Diese Sicherungen definieren den maximalen Strom, der dem Gebäude zur Verfügung gestellt werden kann.

Stromverbrauch in Wohngebäuden[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die elektrische Last in Mehrfamilienhäusern schwankt sehr stark über den Tag und hat auch große Unterschiede zwischen Wochentagen, Samstagen und Sonntagen. Ebenso bestehen Unterschiede zwischen Sommer und Winter. Abstrahiert werden diese Verbräuche durch ein Standardlastprofil (H0) angenähert.

Auslegung von Hausanschlüssen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Seit 1955 regelt die DIN 18015-1[2] die Bemessungsgrundlage für die elektrischen Haupzuleitungen von Gebäuden. In dieser Norm wird aktuell bereits gefordert, dass für Ladeplätze von Elektroautos Vorrüstungen für die Anbindung an das Smart Grid vorzusehen sind. Gemäß Anhang A der Norm ergibt sich zum Beispiel für eine Wohnanlage mit 100 Einheiten eine minimale Anschlussleistung von 106 kW für das gesamte Gebäude.

Stromverbrauch für die Elektromobilität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Elektrofahrzeuge in einem Wohngebäude sollte soviel Ladestrom zur Verfügung gestellt werden, dass die Nutzer nach dem Ladevorgang die gewünschte Distanz problemlos fahren könnten. In der Regel sollten also am Morgen die Autos soweit geladen sein, dass die Berufspendler Ihre Pendlerstrecke und die anderen Personen den Weg für Ihre täglichen Besorgungen zurücklegen können. Für die Pendler steht für den Ladevorgang üblicherweise die gesamte Nacht zur Verfügung, alle anderen können auch tagsüber Ladevorgänge durchführen. Die Lastreserven in einem Gebäude sind in der Nacht in der Regel so hoch, dass alle notwendigen Ladevorgänge durchgeführt werden können[3].

Varianten Lastmanagement[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gemäß der DIN VDE 0100-722[4] ist bei der Auslegung der Stromnetze in einem Gebäude davon auszugehen, dass alle Ladestationen für Elektroautos gleichzeitig genutzt werden (Gleichzeitigkeitsfaktor = 1). Dieser Faktor darf gemäß der Norm bei Vorhandensein einer Laststeuerung reduziert werden.

Die Regelung kann nach unterschiedlichen Vorgaben erfolgen.

Statisches Lastmanagement[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Summe des Stromverbrauchs aller angeschlossenen Ladestationen dürfen eine festen, statischen Wert nicht überschreiten. Dieser wird in der Regel durch den Netzbetreiber durch eine entsprechende Absicherung nach dem Zähler für die Ladeinfrastruktur vorgegeben. Genehmigt der Netzbetreiber eine Absicherung mit z. Bsp. 63 A, so stehen für die Ladevorgänge 43 kW Ladeleistung zur Verfügung[5].

Dynamisches Lastmanagement[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hier hängt die Obergrenze für den Stromverbrauch vom gesamten Stromverbrauch des Gebäudes ab. Wenn der Rest des Gebäudes weniger Strom benötigt, wird die maximale Ladeleistung dynamisch angepasst. Wenn der Stromverbrauch im Gebäude wieder ansteigt, wird die Ladeleistung wieder reduziert. Die maßgebliche Größe für die Regelung ist hier der Anschlußwert des gesamten Gebäudes. Zu bestimmten Zeiten, in der Regel in der Nacht, stehen für die Ladevorgänge so mehr Strom zur Verfügung[5].

Sequentielles Lastmanagement[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sequentielle Ladung bei Elektroautos

Die Begrenzung des Ladestroms erfolgt durch eine Limitierung der maximal zulässigen Ladevorgänge. Wenn die Obergrenze erreicht ist, können keine weiteren Ladevorgänge starten. Erst wenn einer der bereits aktiven Ladevorgänge beendet wird, kann der nächste Ladevorgang starten. Alle Ladevorgänge erfolgen jedoch immer mit der vorgegebenen maximalen Ladeleistung.

Geregelte Ladeleistung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

geregelte Ladeleistung bei Elektroautos

Die Begrenzung des Ladestroms erfolgt hier durch Reduzierung der Ladeleistung bei den einzelnen Ladestationen. Je mehr Autos laden möchten umso stärker reduziert sich die Ladeleistung für jedes angeschlossene Auto. Es werden alle Autos geladen, jedoch dauern die einzelnen Ladevorgänge länger.

Priorisierte Ladung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnen Nutzern wird es ermöglicht das Lastmanagement zu umgehen und bei Bedarf sofort und mit maximaler Leistung zu laden. Dies kann bei beruflich genutzten Stellplätzen z. Bsp. für den Chef gelten oder für den Kurierfahrer, der auf eine schnelle Ladung angewiesen ist. In Wohnanlagen kann dies bedarfsweise genutzt werden, wenn Sonderfälle vorliegen.

Umsetzung Lastmanagement[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die oben beschriebenen Varianten des Lastmanagements können mit unterschiedlichen technischen Ansätzen umgesetzt werden.

Master-Slave-Lösungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hierbei regelt eine übergeordnete Ladestation (Master) andere, untergeordnete Ladestationen (Slaves). Hierzu ist es in der Regel erforderlich, dass die Ladestationen von einem Hersteller kommen, da die Regelung häufig auf proprietären Systemen beruhen. Hierfür ist eine Kommunikation zwischen den Ladestationen durch eine Ethernet-Verkabelung erforderlich. Die Ladestationen müssen somit eine Kommunikationsschnittstelle besitzen.

Backend-Systeme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Ladestationen sind mit einem Backend in der Cloud verbunden. Das Backend regelt die einzelnen Ladestationen. Die Kommunikation erfolgt hier in der Regel über das Protokoll OCPP. Die Ladestationen müssen somit eine Kommunikationsschnittstelle besitzen[6].

Ladecontroller[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die einzelnen Ladestationen sind an einem separaten Ladecontroller angeschlossen. Hier gibt es unterschiedliche Varianten. Neben herstellerunabhängigen Systemen, gibt es hier auch System die nur mit OCPP-fähigen ausgewählten Ladestationen kommunizieren können, oder auch nur firmeneigenen Ladestationen ansteuern können. Diese Systeme funktionieren offline, können aber auch online, über eine Cloud-Lösung überwacht werden.

Sonderlösungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es werden auch besondere Lösungen entwickelt, wie zum Beispiel die Mehrfachnutzung eines Ladepunktes durch mehrere Fahrzeuge[7].

Lokale Netze[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Als Niederspannungsnetz bezeichnet man das Stromnetz, dass ab einer Transformatorenstation ein gewissen Bereich mit der Netzspannung von 230 V / 400 V versorgt. Diese Transpormatoren haben üblicherweise eine Bemessungsleistung zwischen 250 kVA und 1 MVA. Aus diesen Transformatoren werden mehrere Gebäude bis hin zu ganzen Straßenzügen mit elektrischer Energie versorgt. Der Verteilnetzbetreiber muss durch elektrische Sicherungen in der Transformatorenstation sicherstellen, dass die maximale Leistung des Transformators nicht überschritten wird. Auch innerhalb dieser Netze muss ein Lastmanagement für die Elektromobilität erfolgen, so dass eine Überlastung verhindert wird[8].

Seit der aktuellen Version der Technische Anschlussregeln Niederspannung (VDE-AR-N 4100)[9] müssen daher Ladestationen für Elektroautos ab einer Leistung von 12 kW durch den Netzbetreiber regelbar sein.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiel für Lastmanagementsysteme

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. DKE: Der Technische Leitfaden Ladeinfrastruktur Elektromobilität. DKE, Juni 2016, abgerufen am 17. April 2019.
  2. DIN: DIN 18015-1:2013-09. Hrsg.: Beuth Verlag.
  3. Thomas Klug: Whitepaper Elektromobilität in Wohnanlagen - Beherrschbar oder Blackout? EAutoLader GmbH, 9. Juli 2018, abgerufen am 15. April 2019.
  4. VDE: DIN VDE 0100-722:2019-06 Errichten von Niederspannungsanlagen. Hrsg.: VDE. April 2019.
  5. a b Lastmanagement für Elektrofahrzeuge. The Mobility House, abgerufen am 17. April 2019.
  6. Lars Baier: Lastmanagement für die Elektromobilität. building & automation, 2018, abgerufen am 17. April 2019.
  7. Bayerischer Rundfunk: Stromnetze unter Druck. BR, 12. April 2019, abgerufen am 16. April 2019.
  8. BDEW: Positionspapier "Elektromobilität braucht Netzinfrastruktur". BDEW, 15. Juni 2017, abgerufen am 16. April 2019.
  9. VDE: Technische Anschlussregeln Niederspannung. 8. März 2019, abgerufen am 17. April 2019.