Elektromobilität Schlüssel zur Mobilitätswende: Lade- und Energiemanagement intelligent vereint

Der Wechsel von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor auf Stromer ist essenziell für den Klimaschutz. Doch die Elektrifizierung des Verkehrs bringt Herausforderungen mit sich, die die Mobilitätswende ausbremsen können. Insbesondere die gleichzeitige Nutzung mehrerer Ladestationen führt zu einem höheren Strombedarf, der die Netze stärker fordert. Fehlende Kapazitäten können zudem Ladegeschwindigkeiten reduzieren und durch Lastspitzen werden die Kosten für Betreiber von Ladeinfrastrukturen in die Höhe getrieben.

Ladevorgänge von Plug-In-Hybrid- und Elektrofahrzeugen lassen sich effizient steuern und zeitlich verteilen, weil die Stromer in der Regel während längerer Standzeiten geladen werden – beispielsweise zu Hause, am Arbeitsplatz oder beim Einkaufen. Das ist mit einer optimierten Nutzung der Ladeinfrastruktur sowohl kosteneffizient als auch netzfreundlich möglich. Intelligente Energiemanagementsysteme (EMS) spielen hier eine zentrale Rolle, da sie die Last gezielt steuern und die verfügbare Energie umverteilen.

Cloud-basierendes Lastmanagement für kosteneffiziente Energieverteilung

Neben klassischen Hardware-basierenden EMS, sind Cloud-basierende Systeme eine kostengünstige, sichere und beliebte Alternative: Gerade für mittlere bis große Ladeinfrastrukturen sind Cloud-Lösungen interessant, weil sie sich auch auf Installationen mit bis zu mehreren hundert Ladepunkten ohne zusätzliche Verkabelung ausweiten lassen. Durch im System hinterlegte Rückfallwerte bleibt das EMS auch bei Unterbrechung der Internetverbindung funktionsfähig, indem es auf vordefinierte Leistungsgrenzen zurückgreift.

Von großem Vorteil ist zudem, wenn sich das EMS in die Plattform für das Lademanagement integrieren lässt. Eine ganzheitliche Plattfom mit einem einzigen Dashboard ermöglicht eine effiziente Steuerung und reduziert gleichzeitig den administrativen Aufwand. Ein Beispiel dafür ist der reev Balancer, ein Cloud-basierendes EMS, das die reev Lade-Software um die Funktion des Energiemanagements erweitert. Betreiber von Ladeinfrastruktur können mit der Lade-Software ihre Ladestationen steuern und verwalten. Der reev Balancer als Ergänzung vermeidet Verbrauchsspitzen im Tagesverlauf und nutzt die verfügbare Leistung so kosteneffizient wie möglich.

Statisches und dynamisches Lastmanagement

Beim Energiemanagement unterscheidet man zwischen statischem und dynamischen Lastmanagement. Beide Systeme verteilen die Last intelligent um, sodass es nicht zu Schieflast oder Überlastungen kommt. Der Unterschied liegt im Spielraum, der für die Lastverteilung zur Verfügung steht. Beim statischen Lastmanagement wird im Voraus die Leistung festgelegt, die für die Ladeinfrastruktur angedacht ist. Diese wird dann gleichmäßig auf die Ladepunkte verteilt.

Das dynamische Lastmanagement ist hingegen flexibler und nutzt die verfügbare Last effizienter. Dafür wird auch beim Cloud-basierenden EMS eine Hardware-Komponente vor Ort benötigt: Ein Energiezähler misst kontinuierlich den Stromverbrauch des Gebäudes. Im Fall des reev Balancers überträgt ein IoT-Gateway anschließend die Messdaten an die Cloud, damit das System die aktuell für die Ladeinfrastruktur zur Verfügung stehende Leistung berechnen kann. Weil das System die Stromversorgung in Echtzeit überwacht, kann bei einer niedrigen Gebäudelast der Ladeinfrastruktur mehr Leistung zugewiesen werden.

Technik hinter dem Energiemanagement

Dem Energiemanagement liegt ein phasengenaues Lastmanagement zugrunde. Gebäude mit mehreren Ladepunkten haben meistens einen zentralen Hauptverteiler (HV), der mehrere Unterverteiler (UV) versorgt. An diesen Unterverteilungen können wiederum weitere UVs angeschlossen sein. Ein typisches Konzept für wachsende Ladeinfrastrukturen.

Dabei hat jede Unterverteilung festgelegte Kapazitätsgrenzen, die nicht überschritten werden dürfen. Diese berücksichtigt das EMS, um die verschiedenen Verteilungen nicht zu überlasten. Der Stromverbrauch der Ladeinfrastruktur muss dabei nicht nur auf die Verteilungen, sondern auch gleichmäßig auf die drei Phasen des Drehstroms verteilt werden. Werden die drei Phasen innerhalb eines Drehstromsystems nicht gleich belastet, spricht man von Schieflasten, die den Neutralleiter belasten und zu Schäden an der Netzinfrastruktur führen können.

Das spielt insbesondere für Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV) und einige batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) eine wichtige Rolle, die ihre Leistung einphasig oder zweiphasig beziehen. Damit sorgen sie automatisch für eine gewisse Schieflast. Je nachdem, welche Netzstruktur vorliegt und wie viele Ladepunkte angeschlossen sind, gibt es verschiedene Herausforderungen

• Wenn der Neutralleiter den ungleichen Strom der Phasen ausgleichen muss, kann eine hohe Ladeleistung zu thermischen Schäden oder Netzwerkausfällen führen.

• Zudem führt die unterschiedliche Belastung der Phasen zu Spannungsabfällen, die elektronische Geräte im Gebäude und auch die Ladeinfrastruktur beschädigen können.

• Außerdem kann eine ungleiche Lastverteilung dazu führen, dass Schutzgeräte wie Sicherheitsschalter fehlerhaft auslösen.

All diese Störungen beeinträchtigen den Ladebetrieb kurz- oder langfristig. EMS beugen diesen Problemen vor, indem sie die Last intelligent umverteilen.

Volle Ladung voraus: Nutzergruppen priorisieren

E-Auto-Besitzerer haben unterschiedliche Bedürfnisse, die ein EMS berücksichtigen kann. Einzelne Ladepunkte, Nutzer oder Nutzergruppen lassen sich priorisieren, um die Ladeleistung bedarfsgerecht zu verteilen. Ein Beispiel ist die Bevorzugung eines Fahrzeugs, weil es beispielsweise schnell wieder zu einem Außeneinsatz muss. Auch bei Überlastung des Stromnetzes, wenn Verteilnetzbetreiber nach §14a EnWG eingreifen, ermöglicht das EMS eine gezielte Leistungsumverteilung. Gleichzeitig laden priorisierte Fahrzeuge weiterhin mit voller Geschwindigkeit.

Ein breiter Einsatz von EMS reduziert nicht nur die Belastung der Stromnetze, sondern verhindert auch die Notwendigkeit einer Leistungsdrosselung. Intelligente Energiemanagementsysteme sind somit ein Schlüssel, um die steigenden Anforderungen der Ladeinfrastruktur zu meistern und die Mobilitätswende voranzutreiben.

Integratives Konzept für die Zukunft

Mit der Kombination aus Lade- und Energiemanagement entsteht eine hohe Flexibilität, die den Ausbau der Ladeinfrastruktur unterstützt. Die intelligente Lastverteilung sorgt für einen stabilen Betrieb, entlastet die Stromnetze und senkt die Kosten. Diese Systeme sind essenziell, um den steigenden Bedarf an Ladeinfrastruktur zu decken und die Mobilitätswende nachhaltig zu gestalten. (se)

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* Dr. Moritz Bohland ist Head of Business Operations bei reev.

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