Wachsende Anforderungen: Je nach Einsatzort und Nutzung unterscheiden sich die Anforderungen an die jeweilige Ladeinfrastruktur - im privaten Bereich zu Hause (1), im halb-öffentlichen Bereich (2-8) und im öffentlichen Bereich (9-11).

Bild: Mennekes

Smart Traffic & Mobility AC-Ladelösungen für die E-Mobilität

17.04.2014

Praxiserprobte, innovative und vor allem zuverlässige Ladesysteme sind Grundvoraussetzung für die Elektromobilität. Abhängig von Einsatzort und Nutzung unterscheiden sich die Anforderungen an die jeweilige Ladeinfrastruktur. Im öffentlichen Bereich stehen dabei vollständig vernetzte und zentral steuerbare Systeme mit zahlreichen Ladepunkten im Fokus.

Die Elektromobilität in Europa kommt in Fahrt. Das Angebot an Elektro- und Plug-In-Hybrid Fahrzeugen nimmt kontinuierlich zu. Fast alle großen Automobilhersteller bieten inzwischen serienreife Fahrzeuge an. Nachdem die EU den von Mennekes entwickelten Ladestecker als gemeinsamen Standard für ganz Europa definiert hat, beschleunigt sich auch der Aufbau einer flächendeckenden Ladeinfrastruktur, denn diese Entscheidung bedeutet Investitionssicherheit für Hersteller und Betreiber von Ladestationen.

Abhängig von Einsatzort und Nutzung unterscheiden sich die Anforderungen an die jeweilige Ladeinfrastruktur. In diesem Beitrag soll das Spektrum an konduktiven AC-Ladelösungen für die unterschiedlichen Einsatzbereiche beleuchtet werden. Der Schwerpunkt liegt jedoch bei den vernetzten Systemanlagen für den Einsatz im öffentlichen Bereich.

Konduktive AC-Ladeinfrastruktur

Die am meisten verbreitete Ladeart ist das Wechselstrom-Laden über entsprechende Ladestationen. Die Vorteile: AC-Ladestationen lassen sich kostengünstiger realisieren als DC-Ladestationen und in nahezu allen Elektrofahrzeugen ist ein AC-Lader bereits integriert.

Ladeinfrastrukturen werden unterschieden nach privatem, halb-öffentlichem und öffentlichem Bereich. Der private und halb-öffentliche Bereich haben eines gemeinsam: Sie gehören zum lokalen Netz, also dem Bereich hinter dem Zähler des Energieversorgers. Sie werden meist durch qualifizierte Elektro­fachbetriebe errichtet. Im Gegensatz dazu werden Ladeinfrastrukturen im öffentlichen Bereich als vernetzte Systemanlagen durch Energieversorger und Netzbetreiber errichtet, mit direktem Anschluss an das öffentliche Stromnetz.

Privater Bereich

Wie der Name schon sagt, geht es hier um Ladestationen im privaten Umfeld: Garagen, Carports und Stellplätze an Ein- oder Mehrfamilienhäusern sind typische Einsatzorte. Optimal eignen sich hier für die Wandmontage sogenannte Wallboxen.

Bei einer Installation dieser Wallboxen in der abgeschlossenen Garage werden meist keine besonderen Anforderungen an den Zugriffsschutz gestellt. Wenn Ladestationen für Dritte zugänglich sind oder von mehreren Personen genutzt werden, muss sichergestellt sein, dass nur autorisierte Personen ihr Fahrzeug laden können. Einfache Autorisierungsfunktionen wie ein Schlüsselschalter sind hier in der Regel ausreichend.

Darüber hinaus gibt es weitere Autorisierungsmöglichkeiten via Smartphone oder Tablet-PC im Heimnetzwerk, bei der die Wallboxen über eine Charge-App gesteuert und überwacht werden können. In Verbindung mit der Charge-App bieten die Amtron-Wallboxen neben der Remote-Steuerung drei weitere Lademodi. Beim netzgesteuerten sowie dem zeitgesteuerten Laden wird sichergestellt, dass immer zu dem automatisch günstigeren Stromtarif geladen wird – das senkt die eigenen Energiekosten. Mit dem Home Energy Management ist die Anbindung an die eigene Photovoltaikanlage möglich, um die Nutzung von selbst erzeugter Solarenergie zu maximieren. Verschiedene Leistungsklassen sowie optionale Funktionen wie Personen- und Leistungsschutzschalter oder Zähler sind ebenso erhältlich.

Halb-öffentlicher Bereich

Der halb-öffentliche Bereich umfasst jene Installations­orte, die für jedermann zugänglich sind, aber privat betrieben werden. Hierzu zählen Parkplätze oder Tiefgaragen von Hotels, Banken, Gastronomiebetrieben, Einkaufszentren oder Autohäusern. Dort werden Ladesäulen oder Wandladestationen eingesetzt, die je nach Bedarf über unterschiedliche Kommunikations- und Autorisierungsmöglichkeiten verfügen. Die bezogene Leistung kann über eingebaute Zähler erfasst werden. Diese darf jedoch aufgrund der gesetzlichen Bestimmungen nicht leistungsbezogen abgerechnet werden. Eine pauschale Abrechnung zum Beispiel in Kombination mit einer Parkgebühr ist dagegen möglich.

Im halb-öffentlichen Bereich werden Ladesäulen und Wandladestationen als einzelne Ladepunkte oder als miteinander vernetzte Ladestationen eingesetzt. In der Regel erfolgt dies über eine drahtgebundene Vernetzung, zum Beispiel via RS485 BUS oder LAN. Die Autorisierungsfunktionen reichen hier von einfachen Schlüsselschaltern oder externen Signalgebern wie etwa Parkautomaten bis hin zur Autorisierung per RFID-Karte oder per Handy mit vorheriger Registrierung.

Bei der RFID- oder Handyautorisierung ist in der Regel eine Betreiber-Software erforderlich, in der die Zugriffsberechtigungen verwaltet werden. Dies kann als sogenannter Leitstand direkt vom Hersteller der Ladestationen mitgeliefert werden. Über diesen Leitstand werden die Ladestationen miteinander vernetzt. Dabei kann die Ladeinfrastruktur jederzeit um weitere Ladepunkte erweitert werden. So kann das System mit dem Bedarf mitwachsen.

Als kostengünstigsten Einstieg in die RFID-Autorisierung bietet Mennekes mittlerweile Wallboxen mit der Möglichkeit, in einer sogenannten Whitelist bis zu 100 Nutzer lokal direkt in den Geräten zu listen. So erhält der Betreiber ein autarkes System, das unabhängig betrieben werden kann. Der Nutzer autorisiert sich dabei einfach durch seine persönliche RFID-Karte am Kartenleser der Wallbox und startet damit seinen Ladevorgang. Eine übergeordnete Software oder ein Leitstand ist hier nicht mehr erforderlich.

Öffentlicher Bereich

Die Ladestationen für den öffentlichen Bereich werden von Energieversorgern und Netzbetreibern unter anderem auf öffentlichen Parkplätzen, an Flughäfen oder Bahnhöfen errichtet und direkt an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Ladestationen im öffentlichen Bereich sind das Bindeglied zwischen Fahrzeug und Energieversorgungsunternehmen. Durch die Kommunikation zwischen Ladestation und Energieversorger ist ein kontinuierliches Monitoring der Netzbelastung möglich. Hierbei kann jeder einzelne Ladepunkt abhängig von der eingesetzten Software zentral überwacht und gesteuert werden. Diese Infrastrukturanlagen werden kundenindividuell projektiert sowie parametriert und verfügen darüber hinaus über eine Schnittstelle zu spezieller Backend-Software, die für jeden Betreiber anders aussehen kann. Deshalb erfordert die Projektierung den direkten Dialog zwischen Hersteller und Betreiber.

Für die Vernetzung der Ladestationen im öffentlichen Bereich kommt aufgrund räumlich sehr verteilter Installationen keine drahtgebundene Vernetzung wie im halb-öffentlichen Bereich in Betracht. Hier ist daher eine Mobilfunk-Vernetzung mit dem Backend des Betreibers erforderlich. Die Backend-Anbindung ist dabei auf verschiedenen Wegen möglich:

  • über Ladestationen mit integriertem Mobilfunk-Modul,

  • über E-Mobility-Controller mit Mobilfunk-Modul, oder

  • über einen E-Mobility Leitstand, der ebenfalls über ein Mobilfunk-Modul verfügt.

Ladesäulen und Wandladestationen können hierüber intelligent vernetzt und so zentral gesteuert und überwacht werden. Auch ist es möglich, die Installation jederzeit mit zusätzlichen Ladesäulen oder Wandladestationen zu erweitern.

Ladeinfrastruktur möglichst aus einer Hand

Komplexe Lösungen für die Ladeinfrastruktur setzen spezifisches Fachwissen voraus, um die Ladeinfrastrukturen zu planen, zu errichten und zu betreiben. Zum einen müssen die Richtlinien der gültigen Normen beachtet werden, zum anderen gilt es, eine hohe Anlagen-Verfügbarkeit sicherzustellen. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, dass Planung, Hardware und Software möglichst aus einer Hand kommen. So ist sichergestellt, dass alles zusammenpasst. Darüber hinaus ist es im öffentlichen Bereich unabdingbar, dass die angebotenen Lösungen auf die individuellen Bedürfnisse der Netzbetreiber zugeschnitten sind. Auch weitere Dienstleistungen, beispielsweise für die Errichtung und den Service der Anlagen, können wesentliche Kriterien sein.

Wer als Betreiber von Ladeinfrastrukturanlagen in die Elektromobilität einsteigt, sollte sich möglichst für ein flexibles, erweiterbares und auf zukünftige Anforderungen ausgerichtetes Systemprogramm entscheiden. Dieses besteht im Ideal­fall aus Ladesäulen, Wandladestationen, Vernetzungsmöglichkeiten und entsprechenden Anbindungen an einen Leitstand und/oder an ein betreiberspezifisches Backend und bietet größtmögliche Flexibilität bei der Anpassung der Systemkonfiguration an die individuellen Wünsche des Betreibers. Darüber hinaus sind einfache Benutzerführung, Manipulationssicherheit und Servicefreundlichkeit wesentliche Kriterien Auswahl der Hardware.

Auch für den laufenden Betrieb zahlt es sich aus, mit einem Partner zusammenzuarbeiten, der bei Bedarf entsprechende Dienstleistungen beim Errichten und beim Service bieten kann. Der Betreiber hat dadurch einen Ansprechpartner für alle Fragen seiner individuellen Infrastrukturanlage im öffentlichen Bereich.

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