Intelligentes Laden und Netzintegration

Intelligentes Laden koordiniert, wann und mit welcher Leistung Elektrofahrzeuge laden, sodass die Bedürfnisse der Fahrer, die Standortkapazität, die Stromkosten und die Netzbedingungen gemeinsam berücksichtigt werden können. Netzintegration erweitert diese Steuerung über eine einzelne Ladestation hinaus, indem Fahrzeuge, Ladeeinrichtungen, Gebäude, Betreiber und Akteure des Energiesystems über definierte Daten- und Steuerungsgrenzen verbunden werden.

Steuerung, nicht nur Konnektivität

Eine Ladestation ist nicht allein deshalb intelligent, weil sie über eine App, WLAN oder einen Nutzungsverlauf verfügt. Intelligentes Laden verändert den Ladeplan oder die Leistungsgrenze als Reaktion auf ein Ziel und stellt zugleich sicher, dass das Fahrzeug zur erforderlichen Abfahrtszeit bereit ist.

Das Ziel kann lokal oder extern sein. Ein Haushalt kann den Ladevorgang bis zum Beginn eines Niedertarifs verschieben. Ein Arbeitsplatz kann ein festes elektrisches Leistungsbudget auf geparkte Fahrzeuge verteilen. Ein Depot kann Fahrzeuge mit früher Abfahrt priorisieren. Eine Standortsteuerung kann die EV-Nachfrage senken, wenn die Gebäudelast steigt, während ein Aggregator oder ein Programm des Energieversorgers Änderungen aufgrund der allgemeinen Netzbedingungen anfordern kann.

Diese Funktionen benötigen unterschiedlich viele Daten. Für einen einfachen Zeitplan können eine Uhr und eine Benutzereinstellung genügen. Eine fortschrittlichere Steuerung kann den Ladezustand des Fahrzeugs, den Energiebedarf, die Abfahrtszeit, die Standortnachfrage, die lokale Erzeugung, Strompreise oder eine Anforderung für eine Netzdienstleistung verwenden. Ob diese Eingaben verfügbar sind, hängt vom Fahrzeug, von der EVSE, der Installation, dem Backend und dem Markt ab.

Gesteuertes unidirektionales Laden

Beim gesteuerten unidirektionalen Laden, häufig V1G genannt, fließt Strom ausschließlich in das Fahrzeug, während Zeitpunkt oder Leistung geregelt werden. Häufige Formen sind:

Zeitgesteuertes Laden, das vorab festgelegte Start-, Stopp- oder zulässige Ladezeiträume nutzt
Tarifoptimierung, die Energie in Zeiträume mit niedrigeren Preisen verlagert
Solarüberschussladen, das der lokalen Erzeugung innerhalb der nutzbaren Ladegrenzen des Fahrzeugs folgt
Lastverteilung, die den gemeinsamen Ladebedarf innerhalb einer definierten Kapazität hält
Flottenlademanagement, das Energie anhand von Routen, Standzeiten und Abfahrtsprioritäten zuteilt
Laststeuerung, die den Ladevorgang als Reaktion auf eine Anforderung oder einen Anreiz des Energiesystems verändert

Diese Formen hängen zusammen, sind aber nicht austauschbar. Eine Zeitschaltuhr misst nicht die Standortlast. Eine Wallbox, die dem Solarertrag auf dem Dach folgt, nimmt nicht zwangsläufig an einem Programm des Energieversorgers teil. Ein Flottensystem kann die Einsatzbereitschaft der Fahrzeuge optimieren, ohne ein aktuelles Netzsignal zu empfangen.

Die Steuerung benötigt außerdem eine Versorgungsregel. Die Leistung bei allen Fahrzeugen gleichmäßig zu reduzieren ist einfach, kann aber dazu führen, dass ein früh abfahrendes Fahrzeug nicht genug Energie hat. Leistungsfähigere Systeme können Mindestenergieziele schützen, betrieblich wichtige Fahrzeuge priorisieren oder zurückgestelltes Laden nach dem Ende einer Einschränkung nachholen.

Standortkapazität und Lastzuteilung

Die Ladeleistung wird nicht nur durch die Nennleistung der EVSE begrenzt. Gebäudeanschluss, Abzweigstromkreise, Phasenanordnung, Onboard-Ladegeräte der Fahrzeuge, Anschlussgrenzen und andere elektrische Verbraucher können jeweils eine niedrigere Grenze setzen.

Ein System mit fester Leistungsverteilung teilt ein konfiguriertes EV-Ladebudget auf aktive Anschlüsse auf. Dynamisches Lastmanagement geht weiter: Es misst oder schätzt den wechselnden Nicht-EV-Bedarf des Standorts und passt das Ladebudget so an, dass die Summe innerhalb eines Grenzwerts bleibt. Die Zuteilung auf die Fahrzeuge kann anschließend gleichmäßig, prioritätsbasiert oder anhand des Energiebedarfs und der Abfahrtszeiten optimiert erfolgen.

Reale Installationen unterliegen außerdem Einschränkungen bei Mindeststrom, Phasen und Reaktionszeit. Einige Fahrzeuge beenden den Ladevorgang unterhalb einer nutzbaren Stromstärke. Das Umschalten zwischen einphasigem und dreiphasigem Betrieb erfolgt möglicherweise nicht nahtlos. Verzögerungen bei Messung und Steuerung erfordern eine Sicherheitsmarge, und bei Kommunikationsverlust ist ein definierter Rückfallgrenzwert nötig, statt unkontrolliert zur maximalen Leistung zurückzukehren.

Informationen zur verbraucherseitigen Installation, Stromkreisdimensionierung und täglichen Energieplanung finden Sie unter Home EV Charging.

Von der Standortsteuerung zum Netz

Netzintegration bedeutet nicht, dass ein Energieversorger jedes Fahrzeug direkt steuert. Eine Anforderung kann über einen Lieferanten, Ladebetreiber, Aggregator, eine Flottenplattform, ein Gebäudeenergiemanagementsystem oder ein Ladestationsmanagementsystem laufen, bevor sie an der EVSE zu einem Grenzwert oder Zeitplan wird.

Das netzseitige Ziel kann darin bestehen, einen lokalen Kapazitätsengpass zu vermeiden, eine gleichzeitige Lastspitze zu verringern, auf variable Preise zu reagieren, erneuerbare Erzeugung zu nutzen oder eine vertraglich vereinbarte Flexibilitätsdienstleistung bereitzustellen. Teilnahmebedingungen, Vergütung, Telemetrie, Referenzwerte und Übersteuerungsrechte unterscheiden sich je nach Programm. Eine technisch steuerbare Ladestation ist daher nicht automatisch für eine Netzdienstleistung zugelassen.

Der Mobilitätsbedarf des Fahrers bleibt die wichtigste Einschränkung. Eine sinnvolle Steuerung benötigt eine Ziel-Abfahrtszeit, eine Reserve oder einen Mindestenergiebedarf sowie eine klare Möglichkeit, die Teilnahme abzulehnen oder sofortiges Laden anzufordern. Ein System, das die heutigen Stromkosten minimiert, das Fahrzeug aber nicht einsatzbereit hinterlässt, hat seinen grundlegenden Zweck verfehlt.

Wo die Protokolle einzuordnen sind

Kein einzelnes Protokoll deckt die gesamte Kette ab.

ISO 15118 definiert die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und einer kompatiblen EVSE, einschließlich Informationen für die Ladesteuerung und, in ISO 15118-20, für die bidirektionale Energieübertragung.
OCPP verbindet eine Ladestation mit einem Ladestationsmanagementsystem. Unterstützte Versionen können Ladeprofile, Grenzwerte, Zeitpläne und andere Betriebsfunktionen übertragen.
IEC 63110 definiert Anwendungsfälle und Architektur für die Verwaltung der Lade- und Entladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen über Akteure der Elektromobilität und des Energiesystems hinweg.
Marktregeln, Tarife, Schnittstellen der Versorgungsunternehmen, Messanforderungen und nationale Elektrovorschriften vervollständigen den betrieblichen Rahmen.

Normen unterstützen gemeinsame Nachrichten und Schnittstellen, belegen jedoch keine durchgängige Interoperabilität. Optionale Protokollfunktionen, Zugriff auf Fahrzeugdaten, Softwareversionen, Zertifikatssysteme, Backend-Implementierungen und lokale Programmregeln müssen weiterhin zusammenpassen.

Abgrenzung zum bidirektionalen Laden

Intelligentes Laden erfordert keine Energierückspeisung. V1G kann Flexibilität schaffen, indem die Nachfrage verlagert oder reduziert wird, während der Strom weiterhin ausschließlich in die Batterie fließt.

Bidirektionales Laden ergänzt die Möglichkeit, den Energiefluss umzukehren. Dadurch entstehen Fragen zu Umwandlung, Netzanschluss, Schutz, Genehmigung und Anwendungsfällen, die für gewöhnliches gesteuertes Laden nicht erforderlich sind. Vehicle-to-Load, Vehicle-to-Home, Vehicle-to-Building und Vehicle-to-Grid werden unter Bidirectional EV Charging behandelt.

Ein System kann daher intelligent, aber unidirektional sein, bidirektional, aber auf eine lokale Notstromversorgung beschränkt, oder sowohl intelligent als auch netzinteraktiv. Produktbeschreibungen sollten die genau unterstützte Funktion nennen, statt Begriffe wie „smart“, „V2X-ready“ oder „grid-ready“ so zu verwenden, als würden sie das vollständige System garantieren.

Was Betreiber oder Käufer prüfen sollten

Entscheidend ist der vollständige Steuerungspfad, nicht ein einzelnes Logo. Prüfen Sie:

Welches Ziel wird unterstützt: Zeitschaltung, Tarif, Solarstrom, Standortkapazität, Flottenbereitschaft, Laststeuerung oder Netzdienstleistung?
Wo die Steuerung ausgeführt wird und ob unverzichtbares Laden ohne die Cloud des Anbieters oder Internetverbindung fortgesetzt wird
Welche Fahrzeugdaten verfügbar sind und ob Abfahrts- und Mindestenergieziele eingehalten werden
Ob Grenzwerte für einen Vorgang, eine EVSE, eine Ladestation oder den gesamten Standort gelten
Wie Prioritäten, Phasengrenzen, Mindeststrom und Kommunikationsausfälle gehandhabt werden
Welche Protokollversionen und optionalen Profile implementiert und zertifiziert sind
Wer einen Zeitplan ändern kann, wie der Fahrer ihn übersteuert und welche Daten gespeichert werden
Ob der lokale Energieversorger, Tarif oder das Flexibilitätsprogramm die Ausrüstung und Messanordnung akzeptiert

Den vollständigen Energiepfad von der Stromversorgung bis zur Batterie finden Sie unter EV Charging: The Complete System.