Lastmanagement und Flotte

Mitarbeiter-, Dienst- und Nutzfahrzeuge – sie alle gehören zur typischen Flotte. Während Industrieunternehmen häufig über Dienst- oder Poolfahrzeuge verfügen, spielen bei Anbietern von Logistikzentren die Nutzfahrzeuge – beispielsweise in Form von Streetscootern – eine große Rolle.

Ob fünf Fahrzeuge oder 5.000: Für jede elektrifizierte Flotte braucht man eine Lösung zum Laden der Fahrzeuge. Das gilt gleichermaßen für Parkplatz, Parkhaus, Tiefgarage und Solar-Carport. Und damit jeder der rund 2,5 Meter breiten und 5,5 Meter langen Stellplätze auch über einen Ladepunkt verfügt, wird eine attraktive und intelligente Ladelösung benötigt. Doch wie sieht diese aus – und worauf muss man dabei achten?

 

Das Sammelschienensystem: Maximale Flexibilität und Skalierbarkeit

An welcher Stelle lassen sich bei der Errichtung einer Ladeinfrastruktur Kosten einsparen? Insbesondere bei den Installationskosten, die maßgeblich aus der verlegten Leitung (Kupfer- oder Aluminiumleitungen, die nach Meter berechnet werden) resultieren. Lassen sich also Leitungen einsparen, sind die Kosten entsprechend geringer. Auch beim Ausheben von Gräben zum Verlegen der Leitungen entstehen Installationskosten. Bei 20 bis 40 Prozent der Gesamtkosten stellen die Installationskosten also einen erheblichen Anteil dar.

Es gibt zwei Arten der Installation: die übliche Sternverkabelung und das eigens von Compleo entwickelte und angebotene Sammelschienensystem (SaSS). Bei der Sternverkabelung von drei Ladesäulen, die mit jeweils 30 Meter Kabel an eine Energieverteilung angeschlossen wären, würden insgesamt 90 Meter Kabellänge benötigt. Beim Sammelschienensystem hingegen kann unter anderem mittels Durchschleifen der Zu- und Abgangsleitung die benötigte Kabellänge deutlich reduziert werden. Und auch bei Erweiterungen zu einem späteren Zeitpunkt ist es nicht notwendig, das Kabel erneut von der Verteilung aus zu verlegen. Hier reicht eine Verlängerung aus.

Für Flotten stellt das SaSS also die ideale Lösung dar, um schlank zu starten und bei Bedarf intelligent zu erweitern. Auch eine Stichleitung, also die Abzweigung bzw. Erweiterung mittendrin statt am Ende der Kette, ist dabei möglich. Es sind also problemlos mehrere Ausbaustufen via Verlängerung oder Stichleitung möglich, wodurch maximale Flexibilität und Skalierbarkeit gewährleistet sind.

Wenn beispielsweise das Investitionsvolumen oder die zur Verfügung stehende Energie noch begrenzt sind oder die Aufgabenstellung noch nicht überschaubar ist, kann zunächst beispielsweise mit Ladestationen für sechs Elektrofahrzeuge begonnen werden und die Ladeinfrastruktur zu einem späteren Zeitpunkt problemlos für weitere Fahrzeuge ausgebaut werden. So lassen sich mehrere Ausbaustufen bereits im Vorfeld planen oder im Anschluss bedarfsgerecht realisieren.

Bei der stabileren eingegrabenen oder auf dem Boden stehenden Variante lässt sich ein Kabel mit größerem Leitungsquerschnitt verwenden als bei der Pfosten- oder Wandmontage. Im Detail sind hier Versorgungsleitungen und Durchschleifen bis 95 mm² möglich, bei der Pfosten- und Wandmontage bis 50 mm² (Durchmesser der Leitung: ca. 40mm). Die dickeren Leitungen sind aufgrund des höheren Kupferanteils entsprechend teurer.

Ein weiteres Kriterium, das die Installationskosten beeinflusst, ist der Gleichzeitigkeitsfaktor. Bei einem Gleichzeitigkeitsfaktor von 1 und Sternverkabelung lassen sich bis zu 30 Prozent der Kosten einsparen, bei einem Gleichzeitigkeitsfaktor von 0,5 sogar bis zu 50 Prozent. Sprich: Wer jedem Fahrzeug zu jeder Zeit die gleiche Energie zum Laden anbieten möchte, benötigt einen Gleichzeitigkeitsfaktor von 1 und hat somit ein geringeres Einsparpotenzial. Wer hingegen mit der Hälfte der abruf- und verteilbaren Energie zufrieden wäre, hat bei einem Faktor von 0,5 ein entsprechend höheres Einsparpotenzial. Wer also als Betreiber gewährleisten möchte, dass seine Flotte von allen verfügbaren Ladepunkten gleichzeitig mit einem Faktor von 1 aufgeladen werden kann, muss einen entsprechend höheren Aufwand bei der Installation in Kauf nehmen.

Wartung: Die Verantwortung des Betreibers

Einmal installiert und eingerichtet, wird das Thema Wartung wichtig. Gesetzliche Vorschriften wie die Vorschrift 3 der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) regeln, was Betreiber einer Ladesäule tun und lassen müssen: Alle sechs Monate muss etwa der Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schutzschalter) geprüft werden, um festzustellen, ob die Schutzeinrichtung funktioniert. (Das gilt im Übrigen auch für alle Personen eines Privathaushaltes, da der FI-Schutzschalter für den Personenschutz gedacht ist. Wenn beispielsweise ein Föhn in die Badewanne fällt, muss er sofort aulösen.)

Darüber hinaus verfügt jeder Ladepunkt in der Ladestation über einen eigenen Leitungsschutzschalter, der wie der Name bereits verrät die Leitung schützt und im Zuge der erforderlichen Überprüfung des FI-Schutzschalters mit gewartet wird.

Wer, wie, was?

Beim Thema Ladeinfrastruktur gibt es im Kern drei Rollen:

  1. Der Hersteller: zum Beispiel Compleo.
  2. Der Errichter: Er kauft die Hardware beim Hersteller und lässt sie, sofern intern nicht verfügbar, von einem zugelassenen Installationsbetrieb errichten, deren Elektrofachkräfte sie anschließend auch prüfen und messen müssen. Die Verantwortung trägt an dieser Stelle der Errichter als entsprechender Vertragspartner. Der Errichter kann auch Hersteller sein, wenn der Hersteller diese Dienstleistung anbietet und damit vom Betreiber beauftragt wird.
  3. Der Betreiber: Der Betreiber kann auch der Errichter sein, muss es aber nicht. Beispiel: Firma Müller errichtet eine Ladesäule, überlässt aber dem örtlichen Stromanbieter als Betreiber die Thematik der Kundenbeziehung und Abrechnung. In diesem Fall wäre der örtliche Stromanbieter dafür zuständig, die Ladestationen regelmäßig gemäß den Vorschriften warten zu lassen.

5 Vorteile der Compleo-Lösung

  1. Wirtschaftlich: Installationskosten können bis zu 50% reduziert werden
  2. Zukunftssicher: Weitere Abzweige an jeder Ladestation möglich
  3. Flexibel: In vielfältigen Ausstattungs- und Installationsvarianten erhältlich
  4. Erfolgreich im Einsatz: Bereits über 5.000 Ladepunkte im Feld
  5. Planen, Installieren, Umsetzen: Planung, Ausführung, Wartung und Service aus einer Hand

Lastmanagement leicht erklärt

Beim Thema Lastmanagement ist der Name Programm: Wie das Wort schon aussagt, geht es darum, die Lasten – und damit das Laden der Fahrzeuge – zu managen. Es bestimmt jemand darüber, zu welchem Zeitpunkt und wie hoch die Energie bereitgestellt wird. Da die Last nicht immer gleich hoch ist, ist eine Einflussnahme darauf sowohl möglich als auch nötig. Notwendig ist ein Lastmanagement also immer dann, wenn die zur Verfügung stehende Einspeiseleistung nicht für alle Verbraucher gleichzeitig ausreichen würde.

Die Fragestellung lautet demnach: Wer bekommt wann wie viel Prozent der Energie zur Verfügung gestellt? 100 Prozent oder 50 Prozent? Um 15 Uhr oder erst ab 19 Uhr? All das lässt sich mit dem Lastmanagement beeinflussen.

Bei 100% Last beispielsweise muss man sich entscheiden, ob man 10 Verbrauchern gleichzeitig und permanent jeweils 10 Prozent geben möchte oder etwa zunächst dem ersten Drittel die volle Energie zur Verfügung stellen, dann dem zweiten Drittel und dann erst dem letzten Drittel. Stehen die Fahrzeuge etwa über Nacht zwölf Stunden lang auf dem Parkplatz, benötigen sie in der Regel keine zwölf Stunden zum Laden, sondern womöglich lediglich vier. Entweder werden also alle Autos gleich bedient oder priorisiert behandelt. Man kann zum Beispiel gewisse Fahrzeuge immer bevorzugen oder alternativ chronologisch nach der Reihenfolge des Ladebeginns vorgehen.

Dabei gilt es zu beachten, dass der verfügbare Maximalwert entweder mit einer fixen Obergrenze oder variabel festgelegt werden kann. Wer etwa über einen Batteriespeicher oder eine PV-Anlage auf seinem Carport verfügt, hat bei Sonnenschein mehr Strom zur Verfügung, mit der die Flotte geladen werden kann. Die passgenaue Lösung, die sich optimal an den Bedürfnissen des Kunden orientiert, entwickelt dann im besten Fall Compleo gemeinsam mit dem jeweiligen Kunden.

Übersicht der Varianten

Beim Lastmanagement gibt es neben der Einzelaufstellung drei verschiedene Varianten, die sich teilweise in weitere Unterarten aufteilen. Bei Compleo sind diese Varianten vom LM (Lastmanagement) 0 bis 3 durchnummeriert.

Bei mehr als einer Ladestation, also einem Ladepark, werden eine Master- und mehrere Slave-Ladestationen benötigt. Es braucht stets eine Master-Ladestation, die innerhalb der Ladeinfrastruktur das Sagen hat. Bei Compleo sind die Ladestationen elektrisch immer gleich aufgebaut und bekommen lediglich die jeweiligen Funktionen als Master oder Slaves zugewiesen – wodurch beispielsweise bei einem Ausfall des Masters bereits eine Redundanz vorhanden ist und beliebige Erweiterungen möglich sind.

LM0: Derating-Konfiguration

Bei LM0 wird die statische Ladegrenze bereits ab Werk konfiguriert (Einzelaufstellung, also eine Einheit). Das ist beispielsweise dann notwendig, wenn man eine Ladesäule mit 11kW kauft, aber – wie im Privathaushalt auch – aufgrund anderer Elektrogeräte nur 5-8kW zur Verfügung hätte. Der Grenzwert wird also je nach elektrischer Auslegung, vorgesehenen Einsatz oder Vorgaben der Kunden entsprechend voreingestellt.

LM1: Lastmanagement Ladestationen

LM1 kommt ebenfalls ausschließlich bei der Errichtung einer einzelnen Ladesäule – welche jedoch über zwei Ladepunkte verfügt – infrage. Aufgrund ihrer Priorisierungsmöglichkeit ist sie flexibler als LM0. Wenn ein Elektroauto früher als das andere zum Laden kommt, stellt sich die Frage, wie die Ladesäule sich verhalten soll. LM1 ermöglicht es zum Beispiel, beide Fahrzeuge gleichmäßig zu laden oder aber die Fahrzeuge in der Reihenfolge zu laden wie sie angekommen sind.

  • Szenario 1: Die Ladestation verfügt für beide Ladepunkte jeweils über eine Ladeleistung von 22kW. Die verfügbare Einspeiseleistung beträgt jedoch beispielsweise lediglich 33kW. In diesem Fall erhält Fahrzeug 1 die volle Ladeleistung von 22kW und Fahrzeug 2 wird automatisch auf eine Ladeleistung von 11kW begrenzt. Sobald der Ladevorgang an einem Fahrzeug beendet ist, erhält das verbleibende Fahrzeug die volle Ladeleistung (22kW).
  • Szenario 2: Die Ladestation verfügt für beide Ladepunkte jeweils über eine Ladeleistung von 22kW. Die verfügbare Einspeiseleistung beträgt jedoch lediglich 22kW. In diesem Fall erhält Fahrzeug 1 die volle Ladeleistung von 22kW. Sobald Fahrzeug 2 ebenfalls zu laden beginnt, wird der Ladestrom für beide Fahrzeuge automatisch auf eine Ladeleistung von je 11kW begrenzt. Sobald der Ladevorgang an einem Fahrzeug beendet ist, erhält das verbleibende Fahrzeug wieder die volle Ladeleistung (22kW). In der Praxis ist dies die üblichere Variante, vergleichbar mit einer Powerbank für Smartphones, die bei mehreren Geräten entsprechend gleichmäßig verteilt auflädt.

Kurzum: Es ist wichtig, den Fahrzeugen eine maximale Performance anzubieten. Dafür gibt es verschiedene Szenarien: Entweder alle gleichmäßig oder nach dem Prinzip „First Come, First Served“.

LM2: Lokales Lastmanagement für Ladeparks

Hierbei handelt es sich um die einfachste Variante für Ladeparks, wenn also mehr als eine Ladesäule benötigt wird. Bei LM2 findet das Lastmanagement vor Ort statt. Was es von den anderen Varianten unterscheidet, ist seine statische maximale Stromgrenze. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Leitung (z.B. von 50mm², in der man 160 Amper durchführen kann, also 110kW) nicht überlastet wird. Bei zehn 22kW-Ladepunkten (= 220kW) etwa ließe sich nach wie vor sicherstellen, dass die 110kW-Obergrenze der Einspeisung und damit des Kabels nicht überschritten werden. Durch das Einhalten der Grenzwerte lassen sich auch hohe Spitzenlasten zu teuren Tarifen vermeiden.

Je nachdem ob der Verbrauch und die Auslastung gemessen werden (bei Compleo ist dies der Fall), lässt sich die vorhandene Energie dynamisch verteilen. In diesem Fall ist von der dynamischen Reservierungsfreigabe die Rede. Braucht ein Fahrzeug etwas weniger Strom, weil der Akku bald voll ist, kann man den anderen in dem Moment mehr geben. Somit ist zu jedem Zeitpunkt die maximale Ladeperformance für alle Fahrzeuge im Ladepark garantiert.

Aufgrund der bei Compleo identischen Bauweise von Master- und Slave-Ladestationen wird keine separate Steuereinheit wie Gateway oder Frontend benötigt, wodurch sich weitere Aufwände und Kosten einsparen lassen.

LM2plus: Lokales Lastmanagement für Ladeparks

Im Gegensatz zu LM2 verfügt LM2plus über eine externe Führungsgröße, mit der Einfluss auf das Lastmanagement genommen werden kann. Anstatt einer statischen maximalen Obergrenze (z.B. 160 Ampere) verfügt LM2plus über eine dynamische maximale Obergrenze, die von außen als Führungsgröße das Lastmanagement parametriert.

Diese Führungsgröße wird generiert von:

  • Gebäudeleittechnik (GLT): bei größeren Gebäuden mit Klimaanlagen, Belüftungen, Batteriespeicher, PV-Anlagen etc.
  • Energiemanagementsystem (EMS): um bei Unternehmen langfristig den Umgang mit Energie im Unternehmen effizienter zu gestalten, was kostensparend und umweltfreundlich ist

Diese Vorgabe erfolgt über Modbus TCP/IP, welche in das Ethernet-Netzwerk zwischen den einzelnen Ladestationen eingebunden und entsprechend parametriert wird. Heißt: Es existieren sowohl statische als auch dynamische Obergrenzen, die von außen durch eine externe Führungsgröße gebildet werden. Diese Führungsgröße kann den jeweils aktuell vorhandenen dynamischen Wert der Stromobergrenze in das System einspeisen.

Beispiel Logistikzentrum: Einem Logistikzentrum steht für seine Elektroflotte eine bestimmte Energie zur Verfügung. Diese wird gebildet aus einer PV-Anlage auf dem Dach, einem Batteriespeicher sowie dem, was am Netz gerade verfügbar ist. Durch die PV-Anlage und den Batteriespeicher soll eine gewisse Netzautarkie gewährleistet werden. (Zumal Strom zu erzeugen weniger kostet als ihn zu beziehen.) Dadurch ergibt sich für den Hersteller einer Ladeinfrastruktur die Herausforderung einer dynamischen Stromobergrenze. Dieser Wert wird über die entsprechend eingerichtete Schnittstelle ermittelt.

LM3: Smart Charging Schedules über OCPP 1.6J

Bei LM3 findet das Lastmanagement erstmals nicht lokal statt, sondern über die Schnittstelle Open Charge Point Protocol (OCPP) in der derzeit aktuellen Version 1.6J (inklusive Upgrade-Möglichkeit auf eine zukünftige Version 2.0). Das ermöglicht es, die Ladedaten von außen übers Backend zu übertragen und somit Lastmanagement-spezifische Informationen zu den Ladesäulen zu bringen.

Heißt: Ein Mitarbeiter einer Ladeinfrastruktur könnte das Lastmanagement vom Unternehmenssitz aus an verschiedenen Standorten steuern. Umgekehrt könnte ein Kunde mit seiner Ladekarte beispielsweise als VIP-Kunde erkannt werden und dann übers Backend die Freigabe bekommen, bevorzugt beladen zu werden. Ein Betreiber kann also direkten Einfluss auf einen oder mehrere Ladepunkte nehmen.

Kurzum: Mit LM3 kann man eine noch größere Anzahl an Ladepunkten haben, beispielsweise fünf Tiefgaragen nebeneinander, die über das Backend zentral ansteuerbar sind. Also immer dann, wenn man in einem größeren Szenario etwas übergreifend miteinander verbinden möchte, benötigt man das OCPP, da es räumlich unabhängig voneinander agieren kann. So könnte beispielsweise das Backend für die drei Parkhäuser des Flughafens Köln/Bonn in Frankfurt sein.