Lastmanagement in der Praxis

In der DIN VDE 0100 Teil 722 steht im Hinblick auf den Gleichzeitigkeitsfaktor einer Anlage mit Ladesystemen, dass ein Gleichzeitigkeitsfaktor von 1 gesetzt werden muss. Das sollte im Hinblick auf die Zuleitung zu den einzelnen Ladesystemen auch immer eingehalten werden.

Der »echte« Gleichzeitigkeitsfaktor hingegen liegt in vielen Fällen deutlich darunter, nämlich etwa bei 0,3. Um die gesamte Anlage nicht zu überlasten, ist es deshalb notwendig, ein Lastmanagement oder eine Laststeuerung – wie es in der Norm gefordert wird – zu installieren. Um ein geeignetes Lastmanagement aufbauen zu können, müssen die einzelnen Ladesysteme dazu in der Lage sein, miteinander zu kommunizieren. Dafür werden sie üblicherweise vernetzt.

Wie vernetzt man Ladesysteme?

Eine beliebte Methode um Ladesysteme miteinander zu vernetzen ist der Einsatz von Ethernet-Leitungen. Man kann dabei nämlich häufig die Möglichkeiten eines vorhandenen Netzwerkes nutzen.

Die Vernetzung erfolgt immer sternförmig zu einem Punkt. Dabei ist es zunächst einmal egal, ob bei der Vernetzung lediglich ein Switch statt einem Router eingesetzt wird. Um zu vermeiden, dass in datenverkehrs­armen Zeiten einige Ports abgeschaltet werden, sollte man nur sogenannte »nicht gemanagte« Switche einsetzen.

Bei einer Vernetzung müssen den einzelnen Ladesystemen IP-Adressen zugewiesen werden. Dies kann ein Router über DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) übernehmen, der eine dynamische IP-Adresse vergibt. Besser ist es allerdings, eine statische IP-Adresse festzulegen, um gleichbleibende Adressen – und damit einen geregelten Zugriff auf die Ladesysteme – zu gewährleisten.

Für ein reines Lastmanagement ist es also egal, ob man einen Router einsetzt. Erst wenn es bei einer möglichen Abrechnung oder dem Sammeln der Ladedaten wichtig wird, die passenden Ladezeiten festzuhalten, sollte man die Anbindung über einen Router ans Internet realisieren, um von dort einen Zeitstempel von einem NTP-Zeitserver zu erhalten. NTP-Zeitserver dienen der Zeitsynchronisation von IT-Systemen.

Prinzipiell gibt es zwei verschiedene Lastmanagementsysteme. Zum einen gibt es das statische Lastmanagement zum anderen das dynamische Lastmanagement. Beide Systeme unterscheiden sich durch die Art der oberen Lastgrenze.

Statisches Lastmanagement

Bei einem statischen Lastmanagement ist die obere Lastgrenze festgelegt. Das bedeutet, dem Master eines Managementsystems wird diese Grenze für seine Satelliten vorgegeben und dieser verteilt dann die zur Verfügung stehende Leistung dynamisch an die dahinterliegenden Satelliten.

Um die Verteilung realisieren und einen Blackout vermeiden zu können, wird phasengenau und in Echtzeit (jede Sekunde) an den einzelnen Systemen gemessen und die Werte werden dem Master übermittelt.

Dynamisches Lastmanagement

Bei einem dynamischen Lastmanagement ist die obere Lastgrenze dynamisch, d. h. sie hängt von anderen Faktoren ab. Diese Art des Lastmanagements ist dann einzusetzen, wenn der Blackout-Schutz für eine komplette Liegenschaft im Vordergrund steht oder wenn möglicherweise noch andere (regenerative) Energiequellen zum Einsatz kommen.

Bei dieser Methode wird ein zusätzlicher Zähler eingesetzt (meist ein Modbus-Zähler), der entweder die gesamte Liegenschaft oder auch nur den Teil der Liegenschaft misst, der nicht zu den Ladesystemen gehört (Bild 1).

Welchen Vorteil bietet welches Lastmanagement?

Beide zuvor genannten Lastmanagementsysteme haben Vorteile für den Nutzer. Zunächst einmal sorgt ein Lastmanagement immer dafür, dass die zur Verfügung stehende Leistung optimal ausgenutzt wird. Durch die Messungen in Echtzeit – aber auch durch das Vertauschen der Außenleiter (Bild 2) bei der Installation – wird gewährleistet, dass jedem ladenden Fahrzeug die größtmögliche Leistung zur Verfügung gestellt werden kann.

Bei dem Tauschen der Außenleiter wurde empirisch ermittelt, dass bei vereinzelter Nutzung der Parkplätze die Fahrzeuge meistens nicht direkt nebeneinander abgestellt werden. Deshalb wird diese eher ungewöhnliche Art der Verteilung der Außenleiter angewendet. Bei Ladesystemen mit zwei Steckdosen ist der Tausch der Außenleiter bereits werksseitig vorgenommen worden (Bild 3).

Außerdem sind beide Lastmanagementsysteme geeignet, die gesamte Anlage vor einem Blackout zu schützen, der durch die Ladesysteme verursacht werden könnte. Im Gegensatz zum kompletten »Wegschalten« aller Lasten, kann man in einem System mit Ladekomponenten die Leistung schrittweise auf ein Minimum reduzieren (6 A pro Ladepunkt). Danach wird ebenfalls – wenn nötig – abgeschaltet.
Bei einem statischen Lastmanagement ist es bei der Planung einfacher, die Anzahl der Ladepunkte zu ermitteln. Da die maximal zur Verfügung stehende Leistung aber auch gleichzeitig die minimale zur Verfügung stehende Leistung bekannt sind, kann per einfacher Rechnung die Anzahl ermittelt werden. Um die maximale Anzahl von Ladepunkten festzustellen, kann man die Leistung in Ampere umrechnen und dann durch 6 A teilen. So lässt sich die höchstmögliche Anzahl an bedienbaren Ladesystemen festlegen. Damit wird sichergestellt, dass immer eine Mindestleistung pro Ladepunkt zur Verfügung steht.

Beim dynamischen Lastmanagement ist das nicht so einfach möglich, da hier u. U. mehrere Faktoren eine entscheidende Rolle spielen können. So ist es in Anlagen, in denen dynamisches Lastmanagement angewendet wird, durchaus nicht immer nur die verbrauchte Leistung, die eine Rolle spielt. Möglicherweise muss auch noch eine Einspeisung von Solar- oder von einer anderen regenerativen Quelle stammende Energie berücksichtigt werden, die bei der Berechnung der zur Verfügung stehenden Leistung für die Ladesysteme einen entscheidenden Einfluss ausübt. Aber dennoch bietet ein dynamisches Lastmanagement auch Vorteile. So wird dabei z. B. die gesamte zur Verfügung stehende Leistung optimal ausgenutzt. Außerdem kann es in einem dynamischen Lastmanagement einfacher sein, zusätzliche Ladesysteme zu installieren, wenn man beispielsweise den Anteil der regenerativen Energien gleichzeitig erhöht.

Beispiel einer Tiefgarage

In einem Praxisbeispiel besitzt ein Industrieunternehmen ein Parkhaus mit 25 Stellplätzen, die sowohl für Besucher wie auch für Mitarbeiter zur Verfügung stehen (Bild 4). Aktuell verfügen fünf Stellplätze (P01 bis P05) über Ladepunkte, die momentan nur für Besucher gedacht sind. In der Tiefgarage soll nun die Ladeinfrastruktur um fünf neue Ladepunkte (P12 bis P16) für die Mitarbeiter erweitert werden.

Was ist alles zu beachten? Zunächst einmal spielt es eine große Rolle, wie hoch die maximale Leistung ist, die zur Verfügung steht. Bei Tiefgaragen findet oft das statische Lastmanagement Anwendung, da hier i. d. R. eine garantierte Leistung zur Verfügung steht. Wenn man die Verteilung der Außenleiter beachtet, geht man planerisch von insgesamt zehn Ladepunkten mit einer minimalen Leistung von 6 A je Außenleiter aus. Das bedeutet, es wird eine Leistung von 10 x 6 A, also rund 63 A je Außenleiter benötigt. Steht diese (Gesamt-)Leistung zur Verfügung, steht auch einer Erweiterung der Anlage nichts mehr im Wege.

Die Zuleitung der Energie kann z. B. über eine Flachbandleitung (Wieland) mit 16 mm2 Leiterquerschnitt vorgenommen werden, welche mit 63 A vorgesichert wird. In den Wandladestationen muss dazu zwingend ein Leitungs- und Personenschutz (RCD) inte­griert sein. Die Abzweigung zu den Systemen kann dann ohne weitere Vorsicherung mit 2,5 mm2 Leitungsquerschnitt erfolgen. Wichtig ist noch eine sternförmige Verbindung der Ladesysteme mit einer Netzwerkleitung. Diese Methode spart Ressourcen, vor allem Zeit bei der Installation.

Fazit

Ohne ein gut funktionierendes Lastmanagement sollten keine Anlagen mehr aufgebaut werden. Um sicherzustellen, dass auch kleinere Anlagen bei einer Erweiterung in ein Lastmanagement aufgenommen werden können, ist es erforderlich, von Anfang an die Möglichkeit einer Vernetzung im Blick zu haben und ggf. Netzwerkleitungen auch schon für einzelne Ladesysteme vorzusehen. Das Gesetz zum Aufbau einer gebäudeinte­grierten Lade- und Leitungsinfrastruktur (GEIG) sieht dies – wohl nicht ohne Grund – sowohl für Wohn- wie auch für Nichtwohngebäude bei der Neuinstallation oder Renovierung so vor.

Autor

Eckhard Wiese, Senior Trainer für Elektromobilität, Mennekes Elektrotechnik GmbH & Co. KG, Kirchhundem

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net