EV-Ladestrategien

Eine Ladestrategie ist die Logik, die verwendet wird, um die verfügbare Ladekapazität unter den Elektroautos, die an einem bestimmten Standort laden, zu verteilen. Vor allem werden Ladestrategien für Elektrofahrzeuge eingesetzt, wenn Kapazität nur begrenzt vorhanden ist. Dies ist besonders relevant, da Ladeinfrastruktur die Kapazität lokaler Netzanschlusspunkte schnell übersteigen kann. Unkontrolliertes Laden kann daher neben Überlasten, höheren Kosten und CO

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Ziele

Eine Ladestrategie für Elektrofahrzeuge kann beispielsweise ein oder mehrere Ziele verfolgen:

• Kosten minimieren
• Ladezeit minimieren
• Fairness maximieren
• Emissionen minimieren
  

In der Praxis stehen diese Ziele oft im Widerspruch zueinander (z. B. schnellere Ladegeschwindigkeiten führen in der Regel zu höheren Kosten), sodass es für Betreiber:innen von Ladestationen entscheidend ist, eine bestimmte Ladestrategie zu wählen, die ihren spezifischen Anforderungen entspricht.

Ladestrategien für Elektrofahrzeuge für jeden Use Case

Jede der folgenden Strategien ist speziell auf die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EVCI) zugeschnitten. Je nach Standorttyp, Betreibervorgaben und Fahrerbedürfnissen kann die richtige Strategie – oder eine Kombination aus Strategien – den Unterschied ausmachen zwischen einem Ladepark, der überlastet ist, und einem, der zuverlässig und kosteneffizient funktioniert.

Priorisiertes Laden

Ziel: Mobilitätsbedürfnisse erfüllen

Logik‍

Wie der Name bereits andeutet, versteht sich unter priorisiertem Laden, oder auch Priority Charging, die Bevorzugung einer oder mehrerer Ladepunkte. Dabei erhalten definierte Ladepunkte Priorität, sprich, sie werden bei der Verteilung der verfügbaren Leistung bevorzugt. Somit können Fahrzeuge an priorisierten Ladepunkten mit der maximalen Geschwindigkeit laden, während die verbleibende Kapazität auf die anderen Ladepunkte des Ladeparks aufgeteilt wird. Das bedeutet, dass priorisierte Ladesäulen bei Engpässen als letztes beschränkt werden – also erst, wenn alle nicht-priorisierten Ladepunkte bereits vollständig abgeriegelt wurden. Mit dem Energiemanagement von gridX lässt sich Priority Charging ganz einfach nach den jeweiligen Mobilitätsbedürfnissen von Fahrer:innen ein- oder ausschalten.

In der Praxis‍

Priorisiertes Laden eignet sich vor allem für Standorte, an denen manche Fahrer:innen von Elektrofahrzeugen Vorrang bekommen sollen. So findet diese Ladestrategie zum Beispiel Anwendung in Parkhäusern von Bürogebäuden für Personen mit besonderen Mobilitätsbedürfnissen; die Mitarbeiter:innen im Außendienst haben vermutlich weniger Zeit zum Laden als andere. Auch für Lieferfahrzeuge, die regelmäßig kurzfristig eine Fahrt antreten müssen, kann priorisiertes Laden sinnvoll sein.

Ausgewogenes Laden

Ziel: Fairness maximieren

Logik‍

Beim ausgewogenen Laden, Balanced Charging, verteilt das Energiemanagementsystem zur Verfügung stehende Kapazität gleichmäßig auf alle angeschlossenen Ladepunkte. Auch auf der Ebene der einzelnen elektrischen Phasen gibt es hier Ausgeglichenheit. Sofern keine Ladestationen priorisiert werden, findet eine gleichmäßige Verteilung der Kapazität unter allen Ladepunkten statt. Werden einzelne Ladepunkte priorisiert, erfolgt die ausgewogene Verteilung der verbleibenden Leistung nur unter den nicht priorisierten Ladesäulen. Das Fahrzeug an der Ladestation mit Priorität lädt so nah wie möglich an seiner maximalen Ladeleistung. Die maximalen Limits je Phase sowie die gesamten Lastgrenzen werden stets eingehalten. Aufgrund von ungleicher Leistungsmodulation je Ladepunkt können kleine Unterschiede zwischen den Fahrzeugen entstehen.

In der Praxis

Ausgewogenes Laden ist eine weit verbreitete Ladestrategie, die auf die meisten Arten von Ladestandorten angewendet werden kann. Es eignet sich besonders, wenn die Mobilitätsbedürfnisse der Fahrer:innen von Elektroautos unbekannt sind oder alle E-Autos den gleichen Stellenwert haben sollen. Daher findet ausgewogenes Laden in der Praxis zum Beispiel an Bürogebäuden, Wohnkomplexen oder an öffentlichen Ladeparks Anwendung.

Nutzerbasierte Priorisierung

Ziel: Erfüllung der Mobilitätsbedürfnisse auf Grundlage der Prioritätsstufen der Fahrer

Logik

‍Die nutzerbasierte Priorisierung geht über das Konzept des prioritätsgesteuerten Ladens hinaus, indem sie die Zuweisung der Ladeleistung direkt an der Prioritätsstufe des Fahrers des Elektrofahrzeugs ausrichtet und nicht am Ladepunkt selbst. Die Prioritätsstufen stammen aus einem Drittanbietersystem und können eine Reihe von Klassifizierungsmodellen widerspiegeln: beispielsweise Mitgliedschaftsstufen (Basic, Standard, Premium) im kommerziellen Ladekontext oder eine Unternehmenshierarchie am Arbeitsplatz (z. B. erhalten C-Level-Führungskräfte die höchste Priorität, gefolgt von den Mitarbeitern und dann den Gästen). Wenn ein Fahrer sein Fahrzeug anschließt, ermittelt das System dessen Prioritätsstufe und teilt die Ladeleistung entsprechend zu: Nutzer mit höherer Priorität erhalten bevorzugt Kapazität, während die verbleibende Leistung auf Ladevorgänge mit niedrigerer Priorität verteilt wird.

In der Praxis

‍Die nutzerbasierte Priorisierung eignet sich gut für Büroladeparks, in denen der rollenbasierte Zugang bereits über ein bestehendes Personal- oder Zugangskontrollsystem verwaltet wird, sowie für von Ladestationsbetreibern verwaltete öffentliche oder halböffentliche Standorte, wo Mitgliedschaften die Service-Stufen bestimmen. Sie verbindet Fairness und Geschäftslogik und stellt sicher, dass diejenigen mit dem größten Mobilitätsbedarf – definiert durch den Betreiber – immer zuerst versorgt werden.

Time-of-Use-Optimierung nach Nutzungszeiten (ToU)

Ziel: Minimierung der Ladekosten

Logik

Die Optimierung nach Verbrauchszeiten führt ein regelbasiertes Ziel zur Kostensenkung beim Laden von Elektrofahrzeugen ein. Das Energiemanagementsystem (EMS) optimiert den Ladevorgang für alle angeschlossenen Elektrofahrzeuge auf der Ebene des Netzanschlusspunkts und nutzt dabei die 24-Stunden-Strompreise des Vortages, um die Ladelast in die günstigsten verfügbaren Zeitfenster zu verschieben. Anstatt alle Fahrzeuge sofort nach dem Anschließen zu laden, plant und verteilt das EMS die Energie intelligent, um die Gesamtenergiekosten im Laufe des Tages zu minimieren. Da Abfahrtszeiten und Zielladestände in dieser ersten Implementierung nicht direkt von den Nutzern angegeben werden, arbeitet das System auf Basis einer konfigurierten durchschnittlichen Parkdauer für den Standort.

In der Praxis

‍Die ToU-Optimierung ist besonders wertvoll für Ladepunktbetreiber (CPO), die den Energieaufwand senken möchten, ohne die Verfügbarkeit der Fahrzeuge zu beeinträchtigen. Standorte mit längeren durchschnittlichen Verweildauern – wie Ladeparks am Arbeitsplatz oder Nachtdepots für Flotten – bieten das größte Optimierungspotenzial, da das System hier mehr Flexibilität hat, die Last aus den Spitzenpreiszeiten zu verlagern.

HEMS use cases

Während die oben genannten Strategien speziell für die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EVCI) gelten, handelt es sich bei den folgenden Varianten um Anwendungsfälle für Home-Energy-Management-Systeme (HEMS). Dabei wird das Laden von Elektrofahrzeugen als Teil eines umfassenderen Energiekonzepts für Privathaushalte betrachtet, bei dem das Fahrzeug mit lokaler Stromerzeugung, beispielsweise durch Photovoltaik (PV), und anderen Strom verbrauchenden Anlagen interagiert.

PV-Überschussladen

Ziel: Emissionen minimieren

Logik‍

Beim PV-Überschussladen wird überschüssiger PV-Strom zum Laden von E-Autos verwendet. Diese Ladestrategie stellt sicher, dass der lokal erzeugte PV-Strom maximal genutzt wird, indem Elektrofahrzeuge nur dann geladen werden, wenn ein PV-Überschuss vorhanden ist. Dadurch können Kosten und Emissionen gesenkt werden. Um jedoch sicherzustellen, dass auch die Mobilitätsbedürfnisse befriedigt werden, kann zusätzlicher Strom aus dem Netz bezogen werden, um zu gewährleisten, dass alle Fahrzeuge ihre gewünschtes Mindestladevolumen erreichen.

In der Praxis‍

PV-Überschussladen kann in Zeiten hoher PV-Erzeugung, die für das Aufladen der angeschlossenen E-Autos ausreicht, aktiviert oder geplant werden. Diese Strategie eignet sich für Standorte, an denen großer Wert auf möglichst umweltfreundliches und nachhaltiges Laden von E-Autos gelegt wird. Beispiele finden sich häufig im Umfeld von Wohn- oder Bürogebäuden.

Geplantes Laden

Ziel: Emissionen minimieren, ohne die Mobilitätsbedürfnisse einzuschränken

Logik‍

Geplantes Laden ist für Standorte, an denen die Ladeleistung auf eine festgelegte kW-Leistung begrenzt werden muss, eine geeignete Strategie zum Laden von E-Autos. Teilweise sind es dynamische Stromtarife, die zum Beispiel das Laden nachts zu Nachtstrom-Preisen interessant machen, die Koordination des Ladens von Elektrofahrzeugen mit lokaler PV-Produktion oder zur Abstimmung auf spezielle Signale des Netzbetreibers. Auch eine Abmachung mit dem Netzbetreiber zur Meidung von Ladevorgängen in Hochlastzeitfenstern kann Motivation des geplanten Ladens sein, um Netzentgelte zu minimieren.

In der Praxis‍

Geplantes Laden eignet sich zum Beispiel für Standorte, an denen die Standzeiten von E-Autos in der Regel deutlich länger sind, wenn die Mobilitätsbedürfnisse, wie Abfahrtszeit und benötigte Reichweite (in km) oder der benötigte State of Charge (in Prozent), bekannt sind. Geplantes Laden lässt sich zudem auch mit lokaler PV-Produktion kombinieren, das konnten wir im Rahmen eines Pilotprojekts mit der MAINGAU Energie GmbH zeigen.

Experteneinblick und Ausblick

Die nächste Phase des Ladens von Elektrofahrzeugen wird nicht davon bestimmt, ob die Infrastruktur vorhanden ist, sondern davon, wie intelligent sie verwaltet wird. Ladeparks werden bereits in großem Umfang an Büros, Wohnanlagen, Logistikzentren und öffentlichen Orten eingerichtet. Die Frage, vor der Betreiber nun stehen, ist, wie sie die begrenzte Netzkapazität fair, effizient und kostengünstig auf eine zunehmend vielfältige Mischung aus Fahrern, Fahrzeugen und Bedingungen auf dem Energiemarkt verteilen können.

Philip Grant, Produktmanager für EVCI bei gridX, drückt es so aus: „Eine gut durchdachte Ladestrategie für Elektrofahrzeuge ist heute einer der klarsten Vorteile für einen CPO. Sie erfordert weder zusätzliche Hardware noch einen größeren Netzanschluss. Es geht darum, das Vorhandene intelligenter zu nutzen. Betreiber, die dies richtig umsetzen, senken Kosten, vermeiden Überlastungen und sorgen für zufriedene Fahrer. Das ist eine attraktive Rendite für eine Software-Entscheidung.“

Diese Realität verändert bereits jetzt die Sichtweise der Betreiber auf das Laden. Anstatt alle Fahrzeuge und Fahrer als gleichwertige Lasten zu behandeln, berücksichtigen moderne Strategien, wer gerade lädt, wann eine Abfahrt ansteht und wie sich der Strommarkt zu einer bestimmten Uhrzeit darstellt. Eine nutzerbasierte Priorisierung bezieht die Identität des Fahrers und betriebswirtschaftliche Überlegungen in die Stromverteilung ein. Die Optimierung nach Nutzungszeiten verknüpft das Ladeverhalten mit Echtzeit-Preissignalen und senkt so die Kosten, ohne die Einsatzbereitschaft der Fahrzeuge zu beeinträchtigen.

All diesen Strategien ist gemeinsam, dass das Energiemanagementsystem eine entscheidende Rolle bei ihrer zuverlässigen Umsetzung spielt. Es gibt keine Strategie, die für jeden Standort oder jeden Betreiber gleichermaßen geeignet ist. Mit dem richtigen Energiemanagementsystem können Ladestationen jedoch von einem reaktiven Lastmanagement zu einer proaktiven, intelligenten Koordination wechseln und so potenzielle Netzengpässe in einen Wettbewerbsvorteil verwandeln.

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