Entwicklung der Gleichzeitigkeitsfaktoren OHNE Lastmanagement Quelle: VDE FNN

Welche Leistung für die Elektromobilität-​Ladeinfrastruktur einplanen?

von | 30. März 2023

Das Münchener IGT – Institut für Gebäu­de­tech­no­logie gibt monatlich Tipps heraus, mit denen Mietern, Verwaltern und TGA-Verant­wort­lichen die Steuerung der Haus­technik leicht gemacht werden soll. Für den März nun ging es um die Leistung, die für die Elektromobilität-​Ladeinfrastruktur einzu­planen ist.

Die Anzahl an Elek­tro­fahr­zeugen nimmt immer weiter zu. Übliche Wallboxen unter­stützen eine Ladung mit 11 kW Leistung und diese Leistung muss vom Haus­an­schluss bereit­ge­stellt werden.

Was aber, wenn mehrere Lade­sta­tionen instal­liert werden? Welche Gesamt­leistung ist als Bedarf zu erwarten oder zu gewährleisten?

Leis­tungs­bedarf als Abwägung

Die Eingangs­frage nach dem benö­tigten Leis­tungs­bedarf lässt sich nicht pauschal beant­worten. Zu unter­schiedlich sind die Liegen­schaften, die Nutzer und deren Fahrzeuge. Aber es lässt sich zumindest eine Ober- und eine Unter­grenze festlegen. Damit ist die Frage zunächst zumindest einge­grenzt. Innerhalb der Grenzen lässt sich die Antwort dann im Hinblick auf das Last-​Management weiter konkretisieren.

Ermittlung der Obergrenze

Die Arbeits­gruppe FNN (Forum Netztechnik/​Netzbetrieb) des VDE (Verband der Elek­tro­technik) hat ermittelt, wie sich die Gleich­zei­tig­keits­fak­toren in Abhän­gigkeit der Anzahl der Lade­sta­tionen entwickeln.

Wenn nur wenige Lade­sta­tionen zur Verfügung stehen, wird es vorkommen, dass an allen geladen wird. Dies entspricht einem Gleich­zei­tig­keits­faktor von 1,0. Je mehr Lade­sta­tionen instal­liert werden, desto unwahr­schein­licher ist es, dass alle Lade­sta­tionen belastet werden. Damit sinkt der Gleichzeitigkeitsfaktor.

Diese Entwicklung zeigt Abbildung 1. Dabei entstammt diese Abbildung einem parallel zur Unter­su­chung entwi­ckelten Excel-​Tool, bei dem vorher ein Regions- und Sied­lungstyp ausge­wählt werden kann. Bei der Region wird in groß­städ­tisch, vorstäd­tisch und dörflich unter­schieden; bei Sied­lungstyp in Wohn­gebiet, Gewer­be­gebiet und Misch­gebiet. Ergänzend muss angegeben werden, welche Leistung die Lade­sta­tionen anbieten. Die gezeigte Abbildung gilt für ein vorstäd­ti­sches Wohn­gebiet mit 11 kW Lade­sta­tionen. Inter­es­san­ter­weise wird auch der zu erwar­tende Gleich­zei­tig­keits­faktor zu unter­schied­lichen Tages­s­zeiten ausgegeben.

Mit Hilfe des Gleich­zei­tig­keits­faktors kann der zu erwar­tende Leis­tungs­bedarf ermittelt werden. Gemäß der gezeigten Abbildung liegt der Gleich­zei­tig­keits­faktor bei z.B. 100 Lade­sta­tionen bei maximal 0,2. Somit wäre bei 100 Lade­sta­tionen ein Leis­tungs­bedarf von 10011,0 kW x 0,2 = 220 kW zu erwarten.

Wichtig zur Inter­pre­tation des Ergeb­nisses ist das Verständnis, dass dieses der zu erwar­tende Bedarf OHNE Last­ma­nagement wäre. Aus Sicher­heits­gründen muss man ein Last­ma­nagement instal­lieren, um punk­tuelle Über­las­tungen zu vermeiden. Aber wenn man die durch das Tool des VDE FNN ermit­telte Leistung tatsächlich bereit­stellt, müsste das Last­ma­nagement zu fast allen Zeiten ‚arbeitslos‘ sein. D.h. jedes Fahrzeug erhält die vollen 11,0 kW Lade­leistung, wann immer man es auch laden will.

Dies ist nicht sinnvoll, denn nicht jedes Fahrzeug muss unmit­telbar geladen werden. Insbe­sondere über Nacht ist es vertretbar, dass Fahrzeuge mit gerin­gerer Leistung oder versetzt geladen werden, solange die Ladung bis zum nächsten Morgen abge­schlossen ist. Somit ist die über das Tool des VDE FNN ermit­telte Leistung als Ober­grenze anzusehen – und klärt zumindest, welche weitere Erhöhung unsinnig wäre.

Die Unter­su­chung des VDE FNN sowie das Excel-​Tool sind gegen einen über­schau­baren Betrag über den folgenden Link verfügbar: https://​www​.vde​.com/​d​e​/​f​n​n​/​a​k​t​u​e​l​l​e​s​/​f​n​n​-​s​t​u​d​i​e​-​g​l​e​i​c​h​z​e​i​t​i​g​k​e​i​t​s​f​a​ktoren

Ermittlung der Untergrenze

Sobald man vom Gleich­zei­tig­keits­faktor von 1,0 abweicht, muss ein Last­ma­nagement instal­liert werden. Wenn ein solches verfügbar ist, kann es aber auch dafür sorgen, dass die Fahrzeuge mit gerin­gerer Leistung oder versetzt geladen werden. Dabei gibt es sogar unter­schied­liche Lastmanagement-​Strategien, damit jeder Nutzer zu seiner benö­tigten Ener­gie­menge kommt. Beispiele dafür werden im nächsten Abschnitt behandelt – an dieser Stelle soll zunächst die Unter­grenze ermittelt werden, die für die Versorgung von Lade­sta­tionen angesetzt werden sollte.

Wichtig ist, dass die Zahlen variiert werden können – insbe­sondere auf zu erwar­tende Fahr­leistung oder dem Ener­gie­ver­brauch der Fahrzeuge. Mit den genutzten Werten ergibt sich ein Bedarf von 1,0 kW pro Fahrzeug. Bei den zuvor ange­nommen 100 E‑Fahrzeugen wären das somit 100 kW.

Dies ist mehr als eine Halbierung in Bezug auf die zuvor ermit­telte Ober­grenze von 220 kW!

Wichtig zur Inter­pre­tation von diesem Ergebnis ist das Verständnis, dass das der im Mittel zu erwar­tende Bedarf ist. D.h. es wird auch punktuell einen höheren Bedarf geben, der dann über das Last­ma­nagement verteilt bedient wird. Aber es wird womöglich auch zu Situa­tionen kommen, in der nicht alle Fahrzeuge bis zum nächsten Morgen voll­ständig geladen werden. Diese Unter­grenze sollte man somit nur einplanen, wenn man ein gutes Last­ma­nagement hat, wie das im nächsten Abschnitt beschrieben wird.

Auch sollte diese Unter­grenze nicht zu früh ange­wendet werden. Die Mindest­leistung einer Liegen­schaft sollte auf jeden Fall 11 kW betragen – die Berück­sich­tigung der Unter­grenze gilt somit erst ab der 12. Ladestation!

Anfor­de­rungen an das Lastmanagement

In Bezug auf das Last­ma­nagement sind unter­schied­liche Vertei­lungs­stra­tegien möglich:

  • Wird jeder Lade­vorgang gleich­be­handelt oder gibt es Nutzer-​Prioritäten (womöglich aufgrund von unter­schied­lichen Kosten­be­tei­li­gungen oder einer begrenzten monat­lichen Anzahl an „Prio-​Ladungen“ pro Nutzer)?
  • Sollen Unter­schei­dungen in Bezug auf maximale Lade­leistung oder Zeit­be­reiche berück­sichtigt werden?
  • Sobald der Lade­vorgang für ein Fahrzeug gestartet wurde: Soll dieser dann jeweils bis zum Ende durch­ge­führt werden oder nach einer gewissen Ener­gie­menge pausieren, um zwischen­durch andere Fahrzeuge ebenso teilweise zu laden?
  • Im Falle eines gemein­samen Netz­an­schlusses: Soll ein stati­sches oder ein dyna­mi­sches Last­ma­nagement durch­ge­führt werden (d.h. Nutzung von nicht benö­tigter Energie außerhalb der Elektromobilität)?

Fazit für den Leistungsbedarf

Je leis­tungs­fä­higer das Last­ma­nagement, desto mehr kann man sich an der Unter­grenze orien­tieren. Sollte das Last­ma­nagement lediglich eine Überlastungs-​Vermeidung des Netzes sicher­stellen, gilt eher die Obergrenze.

Pauschal ist ein gutes Last­ma­nagement die bessere Lösung, denn eine unnötig hohe Leis­tungs­be­reit­stellung (durch z.B. Ertüch­tigung des Haus­an­schlusses) ist teurer als ein gutes Last­ma­nagement. Ergänzend sollte aber betrachtet werden, dass die Leistung für eine Liegen­schaft nicht auf einen belie­bigen Wert ausgelegt werden kann. Übli­cher­weise stehen unter­schied­liche Leis­tungs­werte zur Verfügung. Die exakte Fest­legung auf die Leistung für die Lade­infra­struktur für die E‑Mobilität ist somit für jede Liegen­schaft indi­vi­duell zu klären.

Mehr dazu hier: https://www.igt-institut.de/tipp-des-monats-032023/#more-6276

Frank Urbansky

Freier Jour­na­list und Fach­au­tor, unter anderem für die Fach­ma­ga­zine und Portale Brenn­stoff­spie­gel, Uniti; DW Die Woh­nungs­wirt­schaft und Immo­bi­li­en­wirt­schaft; Haufe-Lexware; Energie&Management; IVV, Huss Medien; Motor­tech­ni­sche Zeit­schrift und Sprin­ger­Pro­fes­sio­nal; Sprin­ger Fachverlag; SHK Profi und tab, Bau­ver­lag; stadt+werk, k21

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