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Last- und Energiemanagement

Steuerung

Folgende Steuerungsaufgaben können in elektrischen Anlagen mit Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge notwendig oder gewünscht sein:

  • die tarifabhängige Ladung des Fahrzeugs
  • die Steuerung gleichzeitiger Ladevorgänge an mehreren Ladepunkten
  • die Steuerung des Ladevorgangs aus einer eigenen Erzeugungsanlage oder einem eigenen Energiespeicher

Die Übertragung der Steuerungsaufgaben erfolgt durch Netzwerkkabel. Diese sind sternförmig in Elektroinstallationsrohren, ausgehend vom Zählerplatz im Hausanschluss- bzw. Technikraum zu den Ladeeinrichtungen, zur Erzeugungsanlage und zum Energiespeicher vorzusehen.

Netzwerkkabel auf Kupferbasis müssen mindestens der Kategorie 5 (CAT 5) entsprechen. Ein optisches Netzwerkkabel sollte mindestens eine Übertragungsrate von 1 Gbit/s gewährleisten. Die Elektroinstallationsrohre müssen für die vorgesehene Verlegeart geeignet sein.

In einer Garage installierte Wallbox
In einer Garage installierte Wallbox, © Fränkische Rohrwerke

Lastmanagement

Für die optimale Auslegung eines Netzanschlusses bei Neubauprojekten oder um die ebenfalls optimale Nutzung eines vorhandenen Netzanschlusses zu gewährleisten, ist ein Lastmanagement notwendig.

Ziel des Lastmanagements ist es, die verfügbare Gesamtleistung so zu verteilen, dass die Netzanschlusskapazität nicht überschritten wird und mit Berücksichtigung des Gleichzeitigkeitsfaktors entsprechend der DIN 18015–1 mit kleiner eins ausgelegt werden kann. Die Lastverteilung kann somit kalkulierbar und optimiert erfolgen. Des Weiteren erhöht das Lastmanagement die Wirtschaftlichkeit der Anlage durch eine Verringerung von Investitionskosten, der optimierten Nutzung von eigenerzeugtem Strom und der Möglichkeit zur Ausnutzung variabler Stromtarife. Es lassen sich drei Arten des Lastmanagements unterscheiden:

  • Statisches Lastmanagement
  • Dynamisches Lastmanagement
  • Intelligentes bzw. fahrplanbasiertes Lastmanagement

Je nach Form des Lastmanagements ergeben sich für die Nutzer weitere Möglichkeiten wie z. B. Monitoring (Bedienbarkeit und Informationen), Planbarkeit der Ladevorgänge nach Zeit, Ladeleistung und Priorisierung. Das Lastmanagement bietet die Schnittstelle zum übergeordneten Versorgungsnetz. So werden Anforderungen erfüllt, die zur Netzstabilität notwendig sein können.

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Bildstrecke Arten des Lastmanagements, © ELEKTRO+

Energiemanagement

Aufgrund einer immer geringer werdenden Einspeisevergütung des durch Photovoltaik erzeugten Stroms, gewinnt die Eigennutzung des erzeugten Stroms immer mehr an Bedeutung. In Bezug auf die Elektromobilität bietet insbesondere das Überschussladen von Elektrofahrzeugen Chancen die eigenerzeugte Energie bestmöglich auszunutzen. Insgesamt lassen sich vier Arten des Überschussladen unterscheiden:

  • Laden ohne Ansteuerung
  • PV-Überschussladen über Freigabesignal
  • PV-Überschussladen durch dynamische Ansteuerung
  • PV-Überschussladen durch Budgetladung

Beim Laden ohne Ansteuerung besteht keine Kommunikation zwischen Ladestation und Photovoltaikanlage. Bei dieser Variante wird das Elektroauto mit einer festgelegten Leistung geladen. Steht zum Zeitpunkt der Ladung zu wenig PVStrom zur Verfügung, wird die benötigte Energie aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen.

Energiemanagement
Energiemanagement, © Hager

Beim PV-Überschussladen über Freigabesignal erfolgt der Ladevorgang des an die Ladestation angeschlossenen Elektrofahrzeugs erst dann, wenn die Solaranlage einen zuvor definierten PV-Überschusswert erreicht hat. Gleichermaßen wird der Ladevorgang auch unterbrochen, wenn der definierte Grenzwert unterschritten wird. Das Elektroauto wird mit einer festgelegten Leistung geladen, die auf die auf die Größe der PV-Anlage abgestimmt sein sollte. Eine Änderung der Ladeleistung ist hier nicht möglich, außerdem muss die Ladestation über einen Freigabeeingang verfügen.

Beim PV-Überschussladen durch dynamische Ansteuerung passt die Ladestation den Ladestrom fortlaufend so an, dass ein möglichst hoher Eigenverbrauch der erzeugten PV-Energie erreicht wird. Für dieses optimal auf hohen Eigenverbrauch ausgelegtes Laden wird eine regelbare Ladestation benötigt, die bei einem niedrigen PV-Überschuss mit einer geringen Leistung 1-phasig lädt und je nach PV-Überschuss auch 3-phasig laden kann.

Wenn man sicherstellen möchte, dass bis zu einem definierten Zeitpunkt ausreichend Energie in das Elektrofahrzeug geladen wird, stellt das zeitabhängige PV-Überschussladen durch Budgetladung die optimale Ladestrategie dar. Bei dieser Strategie wird zunächst die gewünschte Ladeleistung des Elektrofahrzeugs zu einem bestimmten Zeitpunkt festgelegt. Im Ladeprozesses wird dann zunächst die überschussige PV-Energie zum Laden des Elektrofahrzeugs verwendet. Reicht diese nicht aus, um das Elektrofahrzeug bis zum definierten Zeitpunkt mit der notwendigen Energie zu versorgen, wird die fehlende Energie zum Ende des Ladeprozesses aus dem öffentlichen Netz bezogen.

Die aufgeführten Arten des PV-Überschussladens lassen sich über spezielle Wallboxen unter anderem im Zusammenspiel mit einem Hausenergiemanagementsystem (HEMS) realisieren.

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Arten des Lastmanagements

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Statisches Lastmanagement: Die verfügbare Gesamtladeleistung ist festgelegt und wird auf die Ladepunkte verteilt. Die Zuteilung erfolgt dabei gleichmäßig und unabhängig vom Verbrauch.

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Dynamisches Lastmanagement: Die verfügbare Gesamtladeleistung wird an den aktuellen Stromverbrauch des Gebäudes angepasst. Sinkt dieser, steht mehr Leistung an den Ladestationen zur Verfügung.

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Fahrplanbasiertes Lastmanagement: Die verfügbare Ladeleistung basiert auf Fahrplänen, fahrzeugspezifischer Ladeleistung und Energiebedarf. Auch die Gebäudelast kann dabei mit einbezogen werden.

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