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Elektromobilität muss bezahlbar sein Ladesäulen geben Grün-Strom aus Batteriespeichern ab

20.08.2018

In Zukunft sollen Elektrofahrzeuge genauso schnell geladen werden können wie ein PKW mit einem Verbrennungsmotor getankt. Ein kurzfristig hoher Energiebedarf in Ladeparks kann dann mit Hilfe von Energiespeichern bequem abgefangen werden.

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Bei Schnellladesystemen gilt es zu beachten, dass die Leistung nur für rund 15 Minuten benötigt wird und nicht zu 100 Prozent zur Verfügung stehen muss. Der Gleichzeitigkeitsfaktor der Auslastung liegt pro Ladestation bei 80 Prozent. Eine Mittelspannungs-Schaltanlage kostet etwa 300.000 Euro. Hinzu kommt die Ladestation mit zwei Ladepunkten plus Verteilerschrank für circa 200.000 Euro. Bei Wartungskosten von rund 10.000 Euro pro Jahr und einer Amortisationszeit von fünf Jahren ist somit eine Gesamtsumme von 550.000 Euro aufzubringen und durch die Säulennutzung zu finanzieren.

Aufgrund des nicht unerheblichen Strompreises sowie eines veranschlagten Gewinns von 9 Cent/kWh müssen also fünf Jahre lang pro Tag 35 bis 70 Ladevorgänge an der Säule durchgeführt werden. Für heutige Verhältnisse ist das schon eine beachtliche Zahl. Doch soll eine emissionsfreie Zukunft kein Lippenbekenntnis sein, geht am Ausbau der Elektromobilität – in Kombination mit der Nutzung regenerativ erzeugter Energie – kein Weg vorbei.

Anschlussleistung bereitstellen

Um den Aufbau von Ladeinfrastruktur bezahlbar zu machen, müssen die Bereitstellung der hohen Anschlussleistung und die damit verbundenen Kosten gesenkt werden. Zu diesem Zweck lassen sich Batterien als Energiespeicher einsetzen. Der Batteriespeicher dient primär der Wechselstromversorgung und beliefert auf der sekundären Seite die Ladestationen mit Gleichstrom. Er stellt folglich die für den Ladevorgang notwendige Energie zur Verfügung und wird mit einer geringen Primärleistung wieder bis zur vollen Kapazität aufgeladen. Der Vorteil des Batteriespeichers gegenüber einer Schaltanlage ergibt sich aus den laufenden Stromkosten. Für die große Anschlussleistung der Schaltanlage muss ein höherer Grundtarif gezahlt werden, wobei der Preis pro kWh gering ist. Bei der niedrigeren Anschlussleistung des Batteriespeichers fällt der Grundtarif günstiger aus, die Kosten pro kWh sind allerdings hoch. Trotzdem erweist sich die Speichervariante bei gleichen Investitionskosten als wirtschaftlicher im Betrieb, denn als Abtrag zur Finanzierung können hier höhere Beträge erzielt werden. Wird die Batterie mit einer vorhandenen Solar- oder Windkraftanlage gekoppelt, wirkt sich das noch günstiger auf die laufenden Kosten aus.

Ladevorgang intelligent steuern

Eine Ladeinfrastruktur mit hohen Energien lässt sich auf unterschiedliche Arten einbinden und verwalten. Jeder Ladepunkt kann so gesteuert werden, dass sich die verfügbare Energie gemäß der Anschlussleistung aufteilt. Sind die vier Ladepunkte des genannten Beispiels belegt, wird die Anschlussleistung durch den Gleichzeitigkeitsfaktor auf 1,12 MW begrenzt. Pro Ladepunkt können 280 kW abgerufen werden. Falls zwei Ladepunkte durch konventionelle CCS2(Combined Charging System Typ 2)-Elektrofahrzeuge und die beiden anderen Ladepunkte durch schnellladende CCS2-HPC(High Power Charging)-Elektrofahrzeuge in Gebrauch sind, wird die Leistung ungleich abgegeben. Während die konventionellen E-Fahrzeuge mit maximal 50 kW laden und 230 kW nicht nutzen, fehlen bei den schnellladenden Fahrzeugen 70 kW pro Ladepunkt.

In dem Fall schafft eine skalierbare Leistungselektronik Abhilfe, die aus mehreren Modulen – zum Beispiel 15 Einheiten à 75 kW Leistung – besteht. Den beiden Ladepunkten mit den CCS2-Fahrzeugen wird je ein 75-kW-Modul zugeordnet, sodass die übrigen 13 Module für die Fahrzeuge eingesetzt werden können. Eine intelligente Matrix weist dem einen Ladepunkt sechs und dem anderen die verbliebenen sieben Module zu.

Kommunikation anforderungsgerecht umsetzen

Diese Art der Energiezuordnung erfordert intelligente Kommunikationselemente – wie die DC-Ladesteuerung EVCC Professional. Die Baugruppe wickelt den Ladevorgang über Powerline mit dem Elektrofahrzeug ab. Relevante Daten können via Bussystem – etwa CAN oder Modbus TCP – direkt mit der Matrix der Leistungselektronik ausgetauscht werden. Energiemessgeräte oder RFID-Kartenleser lassen sich per Modbus RTU/TCP ankoppeln.

Die Integration von Solar- oder Windkraftanlagen erfolgt über die Schnittstellen des EVCC Professional. Ein HMI (Human Machine Interface) zeigt den aktuellen Zustand des Ladevorgangs vor Ort an.

Die Ladesteuerung unterstützt Batteriespeicher mit einer Kapazität von 100 bis 200 kWh. Die maximal abnehmbare Leistung beträgt zum Beispiel 320 kW, weshalb die CCS2-HPC-Fahrzeuge in rund 18 Minuten komplett aufgeladen sind. Tatsächlich nehmen sie meist nur 50 bis 80 Prozent der Batteriekapazität auf, sodass bis zu drei Elektroautos bei einem Gleichzeitigkeitsfaktor betankt werden können. Mit einer variablen Einspeiseleistung von 20 bis 150 kW lässt sich die Batterie danach in akzeptabler Zeit bequem wieder aufladen.

Bildergalerie

  • Regenerative Energien für die E-Mobiltität: In Spitzenzeiten wird der Ladeprozess mittels Batteriespeicher optimiert.

    Bild: Phoenix Contact

  • Integrierte Ladesteuerung: Für die Kommunikation und Steuerung einer Ladestation bildet die EVCC Professional das Kernelement.

    Bild: Phoenix Contact

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