Wer mit einem E-Auto fährt, braucht in der Regel auch eine eigene Ladestation für sein Fahrzeug. Die Statistik bestätigt dies, denn sie zeigt, dass 80 bis 90 % aller Ladevorgänge zu Hause stattfinden. Das Auto partizipiert also häufig am privaten Energiehaushalt, und dies zu einem nicht unbeträchtlichen Teil. Für die Erfüllung dieses Stromhungers einer Ladestation ist die Steckdose aus einer Vielzahl an Gründen völlig ungeeignet. Es muss also ein nur für die Ladestation nutzbarer Stromzugang hergestellt werden, damit das Hausnetz nicht überlastet wird. Aber oft ist es damit allein nicht getan, denn viele weitere Komponenten drängen sich in die Stromversorgung hinein. Zum Beispiel dann, wenn mehrere Autos gleichzeitig geladen werden sollen und auch dann, wenn die hauseigene Photovoltaikanlage Strom für das Aufladen des Akkus zuschießen könnte. Und spätestens dann, wenn dies alles per WLAN oder Smartphone gesteuert werden soll – auch während der eigenen Abwesenheit –, benötigt man eine smarte Lösung, also eine intelligente Ladestation.
Intelligentes Aufladen oder Smart Charging – was bedeutet das?
Intelligentes Aufladen oder Smart Charging ist der Begriff für ein System, das die Versorgung des E-Autos auf intelligente Weise steuert. Hierbei „kommuniziert“ das Ladegerät mit den Komponenten, die beim Laden eine Rolle spielen. Dies sind also Fahrzeug, Ladebetreiber und Stromversorgungsunternehmen. Sie treten per Datenleitung in Verbindung. Und dies immer dann, wenn das Elektroauto an das Stromnetz angeschlossen wird. Hierbei werden automatisch wichtige Daten übertragen, die dabei helfen sollen, den Ladevorgang zu optimieren. Intelligentes Aufladen ermöglicht es beispielweise, jedem angeschlossenen Fahrzeug eine bestimmte festgelegte Strommenge zukommen zu lassen. Dies kann vom Ladebetreiber, unabhängig davon ob es sich um eine private oder eine geschäftliche Ladestation für mehrere Ladepunkte handelt, vorher genau bestimmt und programmiert werden. Die richtige Menge an Leistung hängt hierbei davon ab, wie viele E-Autos im gleichen Moment gerade Strom tanken. Smart Charging sorgt dafür, dass die maximal mögliche Stromkapazität nicht überschritten wird. Hierbei spielen natürlich auch die lokale Netzkapazität und der gewählte Energietarif eine große Rolle. Aber das intelligente Aufladen gewährt dem Energieversorgungsunternehmen auch die Möglichkeit, die Energiezufuhr zu begrenzen. Dies ist wichtig, damit das Netz nicht überlastet wird und der Stromverbrauch nicht höher ist als die Energieerzeugung. Diese Fähigkeiten des intelligenten Aufladens helfen dadurch, Zeit, Energie und somit auch Geld zu sparen. Und – nicht zu vergessen – es wird auch einiges zum Schutz unserer wertvollen natürlichen Ressourcen beitragen.
Die genaue Funktionsweise des intelligenten Ladens
Ladestationen bezeichnet man als intelligent, wenn sie eine Online- Verbindung zu zusätzlicher Software unterhalten und dadurch weitere wichtige Services bieten. Mit Hilfe einer SIM-Card, über Bluetooth oder alternativ über ein Ethernet-Kabel kommunizieren intelligente Ladestationen mit weiteren, an die Cloud angeschlossenen Systemen. Updates beispielsweise können auf diese Weise eingespielt werden. Der Ladevorgang ist beim intelligenten Laden mit Datenanalysen und Zahlungsfunktionen verknüpft. Dies lässt sich über die Benutzerplattform konfigurieren, ebenso lassen sich auf diese Weise Zugänge für die autorisierten Benutzer und Ladetarife festlegen. Auch für eine eventuelle Rückerstattung lassen sich Services einrichten. Dies ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn ein Dienstfahrzeug zu Hause aufgeladen wird und die Unkosten der Stromrechnung des Mitarbeiters aufgebürdet werden.
Alle Informationen zur Ladestation lassen sich beim Smart Charging abrufen und Ladevorgänge können verfolgt und Einblicke in das Ladeverhalten gewonnen werden. Auch die Einsparungen an CO² lassen sich bei vielen intelligenten Ladestationen ersehen.
Vorteile und Nachteile des intelligenten Ladens
Die Vernetzung der Ladestation mit dem Haushalt ermöglicht das Verbinden des eigenen Smartphones mit der Ladesäule. Alle Ladevorgänge können dadurch auf digitale Weise erfasst werden. Dadurch haben die Nutzer schnell einen detaillierten Überblick über sämtliche Ladevorgänge, die über das Haus-Stromnetz erfolgen. Und darüber hinaus hat das intelligente Laden positive Auswirkungen auf die Effizienz des Energiemanagements. Der Ausbau von 5G kann durch die Ladesäulen voran getrieben werden. Und auch die flächendeckende Abdeckung des Netzwerks erfährt durch den Einsatz intelligenter Ladesäulen einen Schub. Von einem schnelleren WLAN und damit weiteren Entertainment- oder Infopoint-Funktionen könnten die Betreiber einer intelligenten Ladeeinrichtung ebenfalls profitieren. Sowohl für Unternehmen als auch Fahrer bieten die intelligenten Ladepunkte also viele Vorteile. Speziell für die Unternehmen, welche ein intelligentes Ladesystem zur Verfügung stellen, liegen weitere Vorteile im Management der E-Auto-Infrastruktur. Eine einzige, unkompliziert zu bedienende Plattform ermöglicht das Überwachen, Steuern und Verwalten der Ladeinfrastruktur. Einblicke in den Ablauf der Ladevorgänge erlauben es, das Ladeverhalten zu überwachen und zu steuern und – bei Bedarf – die Ladeinfrastruktur rechtzeitig auszubauen. Ein dynamisches Power Sharing System erlaubt die automatische Aufteilung der zur Verfügung stehenden Leistung des Netzanschlusses auf alle verbundenen Ladestationen. Die Auslastung der Ladepunkte kann dadurch optimiert werden, so dass das System eine Übersicht über die Verfügbarkeiten ermöglicht. Als weiterer Vorteil für Unternehmer wird die Möglichkeit angesehen, das Ladeverhalten der Mitarbeiter zu kontrollieren. Falls diese zu viel unterwegs laden und damit die Kosten für die Unterhaltung des Firmenwagens in die Höhe treiben, können entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um die Kosteneffizienz zu optimieren.
Die Vorteile für den Fahrer liegen ebenfalls in Management und Verwaltung der Ladestationen. Die intelligenten Ladestationen ermöglichen ihm Einblick in sein Ladeverhalten. Er kann weiterhin den Ladestatus seines Fahrzeugs überprüfen und die maximale Ladekapazität nutzen, die ihm zur Verfügung steht, ohne das Stromnetz zu überlasten. Für Fahrer eines Dienstfahrzeugs liegt ein weiterer Vorteil der intelligenten Ladestationen darin, durch ein Ladeprotokoll eine Rückerstattung der Stromkosten, die er für das Laden des gewerblichen Fahrzeugs aufgewendet hat, vom Arbeitgeber zu erhalten. Vorteile für alle Nutzer einer intelligenten Ladestation gibt es also viele. Und wer ohnehin ein Smart Home System nutzt, kann hierbei die eigene intelligente Wallbox ebenfalls mit einbinden. Ein weiterer, nicht zu unterschätzender und zukunftsweisender Vorteil, besteht in der Möglichkeit, selbst erzeugten Solarstrom in das Ladesystem einzuspeisen. Auch hierbei hilft eine intelligente Ladestation und regelt den Anteil des Solarstroms und ermöglicht es überdies, einen Zeitplan für die Einspeisung zu erstellen. Sucht man nach Nachteilen des Smart Charging so wird man eigentlich lediglich beim Preis fündig. Die Käufer einer intelligenten Ladestation müssen mit höheren Anschaffungskosten kalkulieren. Dies lässt sich allerdings zu einem Teil wieder dadurch ausgleichen, dass diese Wallboxen nun eher in der förderungswürdigen Bereich der KfW kommen.
Welche Funktionen bieten die intelligenten Ladestationen?
Power Sharing
Man bezeichnet es auch als Belastungsausgleich. Es ermöglicht den Unternehmen oder Netzbetreibern die proportionale Verteilung einer bestimmten Menge Strom auf die angeschlossenen Ladegeräte. Dadurch, dass die verfügbare Leistung an jedem Ladeplatz beschränkt ist, verlangt ein höherer Energiebedarf meist ein teures Upgrade der elektrischen Infrastruktur. Durch das intelligente Laden allerdings kann die verfügbare Leistungskapazität optimal verteilt werden, so dass sich Upgrades häufig erübrigen. Als Beispiel für Power Sharing mag diese Rechnung dienen: Wenn ein Bürogebäude eine maximale Kapazität an Energie von 44 kW besitzt und jede Ladestation eine maximale Ladeleistung von 22 kW hat, dann lädt der erste Nutzer mit der maximalen Kapazität der Wallbox, nämlich mit 22 kW. Falls ein zweites Fahrzeug hinzu kommt, ist das Laden mit 22 kW für beide ebenfalls weiterhin möglich, denn die maximale Kapazität wird dadurch noch nicht überschritten. Ein drittes angeschlossenes allerdings würde dazu führen, dass die Kapazität gedrittelt wird, jedem E-Auto also ca. 14 kW Ladeleistung zur Verfügung steht. Und wenn schließlich noch ein viertes Elektrofahrzeug hinzu kommt, sind lediglich 11 kW pro Fahrzeug möglich.
Power Boost
Man bezeichnet Power Boost auch als Spitzenlastfaktor. Es handelt sich dabei um ein intelligentes Feature, das verhindern soll, dass die höchst mögliche Energiekapazität des Hausnetzes überschritten wird. Denn falls dieser Fall eintritt, könnte dies unangenehme Folgen mit sich bringen. Es würde im ungünstigen Fall nämlich dazu führen, dass seitens des Energieversorgungsunternehmens für den überhöhten Stromverbrauch zusätzliche Gebühren berechnet werden. Dies wäre umso wahrscheinlicher, wenn über diese maximale Auslastung hinaus Energiefresser wie Waschmaschinen und Geschirrspüler im Haushalt verwendet werden und das Stromnetz weiter belasten. Mit Hilfe von Power Boost lässt sich dies vermeiden, denn die Energiebelastung wird dynamisch zwischen den Haushaltsgeräten und dem Ladegerät verteilt. Dies muss man sich in der Weise vorstellen, dass das smarte System automatisch die Stromzufuhr zum E-Auto drosselt und erst wieder mit voller Leistung lädt, wenn wieder genügend Reserven bei der Stromversorgung aufgebaut sind. Unter Umständen kann ein Ladevorgang auch unterbrochen werden, falls die maximale Kapazität erreicht ist. Power Boost hilft dabei, das gewählte Energielimit nicht zu überschreiten.
Dynamisches Power Sharing
Hierbei wird Power Boost, also die ökonomische und intelligente Verteilung des Ladestroms auf mehrere Fahrzeuge, mit dem Power Sharing kombiniert.
Die Installation eines neuen Ladegeräts an einem Standort mit bereits mehreren Geräten bringt beim vollen Einsatz einen höheren Gesamtenergieverbrauch mit sich. Dies ist teuer und oft nicht unbedingt auch effizient. Beim dynamischen Power Sharing dagegen ist es möglich, den Energieaufwand eines Gebäudes zu kontrollieren und mit seiner höchsten zulässigen Energiekapazität abzugleichen. Falls die Nachfrage geringer ist als die maximale Kapazität, kann die noch verfügbare Energie dem Ladenetz zurück gegeben werden. Und weiterhin misst das intelligente Ladesystem die jeweilig verfügbare Leistung und verteilt diese gleichmäßig auf die angeschlossenen Ladegeräte. Ist jedoch der Energiebedarf des Hauses größer als die maximale Energiekapazität, wird die Stromzufuhr an die Ladestationen unterbrochen. Tiefpunkte im Energieaufwand des Gebäudes können für das Laden ausgenutzt werden, ohne dass dadurch die Gesamtleistung der elektrischen Versorgung erhöht werden muss, und das Buchen höherer Stromleistungen und das Verlegen neuer Leitungen erübrigt sich.
Und wie sieht das smarte Laden in der Praxis aus?
Beim smarten Laden geht es in erster Linie darum, eine Verbindung zwischen den Benutzer, Ladestation und Energieversorger herzustellen. Jede Inbetriebnahme der Ladestation ist mit der Übermittlung von Basisinformationen, also beispielweise Ladegeschwindigkeit und Ladezeit, an die cloudbasierte Steuerungsplattform verbunden. Dies geschieht beispielsweise per WLAN oder Bluetooth. Aber darüber hinaus ist es möglich, noch mehr zusätzliche Informationen an die Cloud zu senden, um das Laden noch besser und effizienter zu steuern. Zum Beispiel über die momentane Kapazität des lokalen Stromnetzes oder über den bisherigen Stromverbrauch. Diese Daten werden automatisch ausgewertet und analysiert und mit Hilfe der Software, über welche die Cloud verfügt, in Echtzeit dargestellt. Dies geschieht meist auf graphische Art und Weise. Durch diese Qualitäten lässt sich der Energieverbrauch vom Ladebetreiber auf einfache Weise ferngesteuert kontrollieren. Auch die Besitzer können mit der Handy-App die Ladevorgänge kontrollieren und bezahlen. Und dies von überall aus und zu jeder Tages- und Nachtzeit.
Bidirektionales Aufladen – ebenfalls ein intelligentes System für das Lademanagement
Das intelligente Laden ermöglicht dem Eigentümer von Ladestationen, ihre Ladeeinrichtungen aus der Ferne zu kontrollieren und steuern und dadurch auch den Energieverbrauch und die Kosten in Grenzen zu halten. Beispielsweise kann man den Ladevorgang so programmieren, dass er Nachts ausgeführt wird, wenn die Stromtarife günstiger sind. Beim bidirektionalen Laden kann die Energie über ein entsprechendes bidirektionales Ladegerät sowohl vom Auto aus als auch zum Auto hin fließen. Bidirektional heißt nichts anderes als „in beide Richtungen“. Dieses System wird auch als vehicle to grid (V2G) bezeichnet. Im Prinzip ist damit gemeint, das der E-Auto Akku einerseits Energie aus dem Netz beziehen kann, andererseits aber auch Energie an das Netz zurückgeben kann.
Dies funktioniert in der Weise, dass beim Laden Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, denn die Batterien können nur mit Gleichstrom betankt werden. Mit geschieht mit Hilfe eines sogenannten Wandlers. Soll der Strom aber in die andere Richtung fließen, so muss er wieder zurück verwandelt werden, also in Wechselstrom. Bidirektionale Geräte schaffen das. Über moderne Geräte kann sogar die Strommenge gesteuert werden, die fließen soll. Das bidirektionale Laden ist also auch eine Form des intelligenten Ladens, und auch die Steuerung per WLAN ist bei den meisten Geräten möglich.
Welchen Nutzen hat eigentlich der Anwender vom intelligenten Laden?
Zunächst einmal dient die Ladesäule als eine komfortable Schnittstelle zwischen dem Energiemanagement-System und dem Betreiber der Ladeanlage. Die Komfortabilität ist durch die App, die für die Steuerungsvorgänge genutzt wird, gewährleistet. Nachdem das E-Auto mit der Ladeeinrichtung verbunden wurde, kann der Nutzer beispielsweise das gewünschte Ladevolumen eingeben und festlegen, wann das Laden abgeschlossen sein soll und das Auto genutzt werden kann. Die App übermittelt sämtliche Informationen des gemeldeten Energiebedarfs an das Energiemanagement-System. Hier wird nun ein optimaler Ladeplan berechnet und die Ladestation nach diesem gesteuert. Die App ermöglicht dem Nutzer die Visualisierung sämtlicher Vorgänge und Informationen.
Mit welchen Preisen muss man beim Kauf einer intelligenten Ladestation rechnen?
Smarte Wallboxen liegen in ihrem Preis deutlich höher als normale Ladegeräte, durchaus kann der Preis bis zum Vierfachen betragen. Derzeit liegen die Preise für Spitzengeräte zwischen ca. 1.000 und 2.500 €. Aber es gibt gibt natürlich auch günstigere und auch teurere Geräte. Aber der Kauf einer intelligenten Ladestation ist in jedem Fall eine Anschaffung, die sich lohnt. Und dies sowohl hinsichtlich der Komfortabilität als auch hinsichtlich der Ersparnis. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau fördert die Anschaffung intelligenter Ladestationen. Sofern die Kosten dafür bei mindestens 900 € liegen, kann man von einem Zuschuss von 900 € ausgehen. Natürlich muss hierfür ein entsprechender Antrag gestellt werden. Voraussetzung dafür ist allerdings die fachgerechte Installation. Eigene Montage der Wallbox ist nicht möglich und sollte auch aus Gründen der Sicherheit nicht vorgenommen werden. Und da die intelligenten Ladestationen ohnehin eher im höheren Preissegment liegen, dürften sie vorrangig von den Förderungsmöglichkeiten profitieren.
Intelligentes Laden – heute wichtiger denn je
Aktuell stehen den Fahrern von E-Autos eine Vielzahl von Smart-Living-Optionen und Anwendungsmöglichkeiten zur Verfügung. Ohne entsprechende intelligente Ladestation können diese jedoch oft nicht genutzt werden. Hierzu gehört beispielsweise das Abrechnen des Dienstwagens, die Integrationen einer eigenen Ladestation in eine Gemeinschaft aus öffentlichen Ladestationen oder in eine Lade-Community mit Verrechnung der geladenen Energie. Die Optimierung des Eigenverbrauchs der Photovoltaikanlage sowie das Laden des eigenerzeugten Solarstroms gehört ebenso zu den Vorteilen einer intelligenten Ladestation. Diese kann auch in in ein Smart-Home-System eingebunden werden. Ein dynamisches Lademanagement ermöglicht weiterhin das gleichzeitige Nutzen mehrerer Ladestationen an einem Standort.
Lohnt sich also die Installation einer intelligenten Ladestation?
Falls es Ihnen nur um das Aufladen geht, lohnt sich die Investition sicherlich nicht. Aber wer will auf die vielen Vorteile verzichten, die das intelligente laden mit sich bringt? Angesichts dieser Vorteile und fast grenzenlosen Möglichkeiten spielen die Mehrkosten bei der Anschaffung eigentlich eine eher untergeordnete Rolle. Und wenn man ein wenig in die Zukunft blickt, wird die Notwendigkeit von Smart Charging immer bedeutender. In Zukunft kann das Elektroauto zum Beispiel nicht nur der Fortbewegung dienen, sondern auch als ein mobiler Energiespeicher dabei helfen, lokal erzeugte Energie im Akku zwischenzuspeichern und dadurch mitzuhelfen, das Stromnetz zu stabilisieren. Dies wäre ein wichtiger Beitrag zur Energiewende und damit zum Erreichen der wichtigen Klimaziele. So könnten E-Auto Besitzer zukünftig die Möglichkeit haben, mit ihrer Energie, die sie dem Netz zur Verfügung stellen, auch für Einnahmen zu sorgen. Voraussetzung dafür ist allerdings ein intelligentes Ladesystem, das die Integration in Vehicle-to-Grid Systeme erlaubt. Man muss sich klar machen, dass Strom heute zunehmend mehr dezentral in Wind-, Wasser- und Solarkraftwerken erzeugt wird. Allesamt Energieproduktionen, die vom Wetter und auch der Jahreszeit abhängig sind. Die großen Atom- und Kohlekraftwerke – bisherige Lieferanten relativ konstanter Strommengen – reduzieren sich in den nächsten Jahren merklich. Deshalb kann es zukünftig an wind- und sonnenreichen Tagen zu deutlichen Überschüssen an Strom kommen, während die windstillen und wolkigen Tage nur eingeschränkt Strom liefern. Durchaus ist es denkbar, dass es zu größeren Unregelmäßigkeiten im Stromnetz kommen kann. In jedem Fall bringt die Energiewende auch eine große Herausforderung für die Stromnetze mit sich. Und die Elektroautos könnten bei der Bereitstellung von Strom an energiearmen Tagen eine große Hilfe sein. Die Anschaffung einer intelligenten Ladestation lohnt sich in jedem Fall auch, wenn Sie eine hauseigene Photovoltaikanlage betreiben. Das System hilft dabei mit, Photovoltaik mit in das Lademanagement einzubeziehen. Auch hierbei kommunizieren die einzelnen Komponenten miteinander und stimmen die Energieflüsse aufeinander ab. Für Besitzer von Photovoltaik Anlagen ist deshalb die Installation einer intelligenten Ladestation ein Muss. Und wenn man davon ausgeht, dass insgesamt der Anteil von Solarstrom am gesamten Energieaufkommen noch steigen wird, sollte man sich auf jeden Fall dann für eine intelligente Ladestation entscheiden, wenn man mit dem Gedanken spielt, Solarstrom zu erzeugen.
Smarte Wallbox oder normale Wallbox?
Natürlich kommuniziert eine normale Wallbox während des Ladevorgangs ebenfalls mit dem E-Auto und passt den zu liefernden Strom dem momentanen Zustand des Akkus an. Smarte Wallboxen allerdings gehen noch einige Schritte weiter. Denn sie kommunizieren nicht nur mit dem Fahrzeug, sondern auch noch mit dem Stromanbieter. Dies ist hinsichtlich des ökonomischen Ladens wichtig, aber auch hinsichtlich weitergehender Funktionen, die Sicherheit und Komfortabilität betreffend. Aber unabhängig davon, um welche Wallbox es sich handelt, ist es immer wichtig, einen Fachbetrieb mit der Installation zu beauftragen. Dies ist insbesondere deshalb unumgänglich, da das Stromnetz im Haus den größeren Anforderungen gewachsen sein muss und eventuelle weitere Sicherungen oder Kabel nötig sein könnten. Beide Arten von Wallboxen können sowohl an der Wand als auch auf einer Stele montiert werden und beide Arten erlauben unterschiedliche Anschlüsse und Ladekapazitäten. Aber bei der Anschaffung sollte man – wie zuvor beschrieben – die zukünftige Entwicklung im Fokus haben und auf das, was uns die nächste Zeit an energetischen Veränderungen bietet, gerüstet sein. An einer intelligenten Ladestation wird also über kurz oder lang kein Weg vorbei führen. Und solange für die Anschaffung noch Zuschüsse der KfW gezahlt werden, sollte die Entscheidung für das Smart Charging eigentlich nicht allzu schwer fallen.