Veröffentlicht:
27. März 2024
Zuletzt aktualisiert:

Wie fünf Aspekte der E-Mobilität das Leben eines Ladepunktbetreibers erleichtern

Ladepunktbetreiber (Charge Point Operator, CPO) stehen vor der Herausforderung, dass sie so schnell wie möglich Ladepunkte installieren müssen, während die Netzkapazität weiterhin begrenzt ist. Daher ist es ausschlaggebend, dass wir so intelligent wie möglich laden. Und gridX bietet die Lösungen, um smartes Laden auf optimale Weise zu gestalten.

Intelligenter laden. Nicht komplizierter.

Hier bei gridX haben wir genug von komplizierten Ladevorgängen und unübersichtliche Betriebskosten. Das Laden von EVs sollte smart sein. Nicht kompliziert. Daher haben wir mit XENON eine ganzheitliche Lösung entwickelt, die CPOs dabei hilft, Kosten zu senken, ohne die Ladegeschwindigkeit zu beeinflussen. Flexibilität und Skalierbarkeit sind der Schlüssel zu einer Lösung, die auf die Bedürfnisse deines Unternehmens zugeschnitten ist. XENON eignet sich für (fast) jeden Use Case. Von High Power Charging (HPC) bis hin zu Logistik, Einzelhandel und Gastgewerbe – werfen wir einen Blick auf potenzielle Anwendungsfälle, die XENON ermöglicht:

High Power Charging

HPC, auch als Schnellladen bekannt, ist eine relativ neue und sehr fortschrittliche Ladetechnologie, die schnelles Laden mit hohen Kapazitäten von über 100 Kilowatt (kW) ermöglicht. HPC unterstützt das Laden mit Gleichstrom (direct current, DC) in verschiedenen Varianten. So lassen sich das DC-Schnellladen mit mittlerer Leistung von 50 Kilowatt bis 150 Kilowatt und das DC-Schnellladen mit hoher Leistung von über 150 Kilowatt (einige können sogar 350 Kilowatt oder mehr erreichen) erreichen. Das bringt allerdings auch Herausforderungen mit sich, da es mehr Netzkapazität erfordert, was leicht zu Überlasten führen kann. Die Kosten für den Ausbau von Netzanschlusspunkten (NAP) sind dabei erheblich, da moderne HPC-Ladeparks eine Anschlusskapazität im Megawattbereich (MW) erfordern. Oft ist damit ein Anschluss an das Mittelspannungsnetz verbunden, der wiederum besonders kostspielig ist. Umso wichtiger ist es, die verfügbare Leistung mit Unterstützung von XENON so effizient und intelligent wie möglich zu nutzen.

Logistik

Um einen reibungslosen Betrieb mit einer elektrisch betriebenen Flotte zu gewährleisten, ist eine ausgeglichene und vorausschauende Ladestrategie von entscheidender Bedeutung. Bei Elektroflotten, die hauptsächlich zu bestimmten Tageszeiten betrieben werden und abends zu immer gleichen Zeiten laden können, kann das „Überladen“ und Aufladen während der Spitzenzeiten zu einer großen und vor allem teuren Herausforderung werden. Gemeinsam mit der Schweizerischen Post setzen wir ein Energiemanagementsystem ein, um sicherzustellen, dass die Kapazität des Netzanschlusspunkts (Grid Connection Point, GCP) nicht überschritten wird. Auf diese Weise kann die Schweizerische Post große elektrische Zustellflotten und komplexe Ladeinfrastrukturen an einer Vielzahl ihrer Standorten effizient betreiben.

Laden am Zielort

Ob in Bürogebäuden, im Einzelhandel oder im Gastgewerbe – es ist wichtig, Ladestationen für E-Autos (EVs) anzubieten. Denn immer mehr Menschen steigen auf EVs um und möchten diese laden, während sie zu Hause, im Urlaub oder auf Geschäftsreisen sind. Aber wenn viele Menschen mit unterschiedlichen Zeitplänen und Präferenzen kommen und gehen, ist es besonders bedeutend, die Ladestationen mit der Gebäudelast in Einklang zu bringen – eine mitunter sehr komplexe Aufgabe. Jedoch eignet sich die Koppelung der Ladeinfrastruktur mit einer Photovoltaik(PV)-Anlage oder einem Batteriespeicher hervorragend, da die E-Fahrzeuge tagsüber lange Standzeiten haben. Dementsprechend ist es sinnvoll, diese Technologien entweder direkt zu implementieren oder im Sinne einer vorausschauenden und ressourceneffizienten Planung im Auge zu behalten.

Das dynamische Duo des CPO: Grid Protector und Peak Shaver

Nachdem wir nun wissen, in welchen Use Cases sich XENON bewähren kann, greifen wir in unseren XENON-Werkzeugkasten und nehmen das dynamische Duo der CPOs genauer unter die Lupe: den Grid Protector und das Peak Shaver-Modul – beide verantwortlich für das effiziente EV-Laden.

Grid Protector

Getreu dem Motto „mehr laden, weniger zahlen“ verwaltet der Grid Protector die Lasten der Ladestationen, um eine Überschreitung der Netzgrenzen zu vermeiden. Er ist in der Lage, die Gebühren zu senken und ermöglicht ein besseres Monitoring und zielgenaue Steuerung von großen Standorten. Wer sich für XENON als Lösung für dein Lastmanagement entscheidet, dem bietet die Plattform die notwendige Flexibilität für eine Vielzahl von Standorten und Projekten. Das Grid-Protector-Modul steuert die Stromzuteilung zu allen Ladestationen optimal und berücksichtigt dabei auch die Gebäudelast. So ist sichergestellt, dass die definierte Leistungsgrenze an jedem Standort nicht überschritten wird.

Peak Shaver

Peak Shaving ermöglicht es Betreibern, die Stromkosten zu senken, indem sie den Spitzenstrombedarf minimieren, ohne das Ladevolumen zu begrenzen. Klingt zu schön, um wahr zu sein? Das Peak Shaving, auch Spitzenlast-Reduzierung genannt, ist eine Strategie, die es Verbraucher:innen oder CPOs ermöglicht, ihren Energieverbrauch proaktiv zu steuern, um kurzfristige Nachfragespitzen zu minimieren. Hierbei können die Spitzen sowohl auf der Nachfrageseite als auch auf der Angebotsseite abgefangen werden.

Der Fünf-Punkte-Plan für einen erfolgreichen Ladepunktbetreiber

Nun, da wir unser dynamisches Duo vorgestellt haben, lass uns diese beiden Module kombinieren und einen Blick auf die Funktionen werfen, die sie bieten, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten. So wirst du in fünf einfachen Schritten zu einem erfolgreichen Ladepunktbetreiber!

1. Bleib innerhalb der Netzgrenzen und minimiere die Gebühren

Ein Eckpfeiler des Grid-Protector-Moduls ist das dynamische Lastmanagement (DLM). Das DLM berücksichtigt die Last an deinem Netzanschlusspunkt in Echtzeit und passt die Stromzufuhr zu den Ladestationen entsprechend an. Das bietet zwei wesentliche Vorteile: Zum einen werden Überlasten vermieden, um die Netzentgelte zu minimieren. Zum anderen wird die Ladeleistung nur in Zeiten hoher Grundlast begrenzt. Dadurch wird sichergestellt, dass E-Autos immer mit maximaler Last innerhalb der Kapazitätsgrenzen laden können. Auf diese Weise lassen sich mehr Ladepunkte an der bestehenden Infrastruktur betreiben sowie Netzentgelte einsparen. Ebenfalls wird das Risiko für Überlasten auf ein Minimum reduziert. Im Vergleich zum cloudbasierten dynamischen Lastmanagement ermöglicht ein DLM mit einem lokalen Gateway eine schnellere Reaktionszeit, Offline-Fähigkeit und ein ganzheitliches Management durch die Anbindung an alle lokalen Anlagen – am besten geeignet ist dieses Vorgehen für mittlere oder große Standorte mit mehr als zehn Ladepunkten.

Dynamisches Lastmanagement verhindert Überlastungen an Deinem Netzanschlusspunkt

Nun lass uns das mit der 15-Minuten-Optimierung kombinieren: Die meisten Netzbetreiber rechnen nach dem durchschnittlichen Spitzenwert in 15-Minuten-Intervallen ab. Mit dem Peak Shaver, den XENON ermöglicht, können Nutzer:innen von dieser Praxis profitieren und die 15-Minuten-Durchschnittswerte optimieren. Am Ende eines 15-Minuten-Fensters kann der Stromverbrauch dynamisch angepasst werden (das bedeutet die Leistung wird entweder begrenzt oder freigegeben), sodass der durchschnittliche Leistungsgrenzwert über den 15-Minuten-Zeitraum stabil bleibt. Das optimiert die Gebühren beträchtlich. Mit dieser besonders gängigen Methode profitieren CPOs direkt von reduzierten Netzentgelten des Netzbetreibers.

2. Optimiere komplexe Standorte

Ladestationen für Elektrofahrzeuge werden in der Regel direkt an die Hauptverteilung angeschlossen, die bei einer standardmäßigen elektrischen Auslegung durch die Hauptsicherung des Standorts geschützt ist. Auf diese Weise kann jede Ladestation ihre maximal unterstützte Ladeleistung erreichen, die nur durch den maximalen Netzanschlussstrom pro Phase begrenzt ist.

Clustering Übersicht

Einige Standorte haben jedoch komplexere Verteilungen mit mehreren Sicherungen, zum Beispiel mit bis zu drei Unterebenen unter der Hauptsicherung. Diese Komplexität kann leicht zu Überlasten an verschiedenen Punkten führen und erfordert einen mehrstufigen Regelkreis, um sicherzustellen, dass der festgelegte Höchststrom auf keiner Ebene überschritten wird. Sollten zusätzliche Anlagen wie PV-Aufdach-Solarsysteme und Batterien hinzukommen, wird die Optimierung der Energieflüsse auf jeder Ebene noch komplizierter. Dies unterstreicht die Notwendigkeit eines umfassenden Multi-Fuse-Algorithmus, der alle „Multi-Level-Restriktionen“ automatisch berücksichtigt. Die Multi-Fuse-Funktion, ein Teil des Grid-Protector-Moduls, kann mit einer Clustering-Funktion zusammenarbeiten, wobei die Unterverteilungen der Ladepunkte auf dem XENON-Dashboard abgebildet und visuell dargestellt werden können. Dies vereinfacht die Verwaltung der Ladeinfrastruktur, insbesondere bei großen Ladeparks oder Parkplätzen. Mit dieser Methode können Nutzer:innen eine unbegrenzte Anzahl von Ladeclustern erstellen und jedes Cluster auf ihre spezifischen Bedürfnisse abstimmen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Anforderungen für jedes Cluster erfüllt werden können und die Nutzer:innen volle Transparenz und Kontrolle über jeden Bereich innerhalb des Standorts erhalten.

Cluster im Dashboard
Erstellen von Clustern

Clustering kann ebenfalls dazu verwendet werden, Ladestationen unabhängig von der Mehrfachnutzung zu gruppieren. Zum Beispiel können Ladestationen auf der Grundlage des Parkplatzes, auf dem sie sich befinden, oder der Tatsache, ob sie mit Wechsel- oder Gleichstrom betrieben werden, in verschiedene Cluster eingeteilt werden – selbst wenn der Standort nicht über Unterverteilungen verfügt. Hier konzentriert sich die Optimierung auf die Ebene des Anschlusspunkts des Hauptnetzes. Wenn die Anlagen in Clustern online gestellt und ihre Energieflüsse auf jeder Ebene gesteuert werden, ist es einfacher und kostengünstiger, die Anzahl der Ladepunkte an einem Standort zu erhöhen. Mehr Ladestationen müssen also nicht gleichbedeutend mit höherer Komplexität sein.

3. Erfülle die Anforderungen jeder Ladesituation 

Verbessere dein Ladeerlebnis mit dem Wert von Ladestrategien, die den Ladekomfort erhöhen. Eine Ladestrategie ist die Logik, nach der die verfügbare Ladekapazität auf die EV-Ladepunkte an einem bestimmten Standort aufgeteilt wird. Da unkontrolliertes Laden zu Überlasten oder höheren Kosten führen kann, stellen diese Ladestrategien sicher, dass jeder Standort seine eigenen spezifischen Anforderungen und Ziele erfüllt. Unser XENON Grid-Protector-Modul verfügt über verschiedene Arten von Ladestrategien:

Proportionales Laden stellt sicher, dass Fahrer:innen immer dorthin kommen, wo sie hin möchten. Dazu sind Informationen wie die Abfahrtszeit und der minimal erforderliche Ladezustand (State of Charge, SoC) durch Angabe durch die Fahrer:innen des Elektrofahrzeugs erforderlich. Diese lassen sich direkt über eine Benutzeroberfläche, wie beispielsweise ein Tablet, eingegeben. So können die CPOs Informationen an XENON übermitteln. Die Plattform berechnet einen Proportionalitätsfaktor auf der Grundlage der Zeit, in der das Fahrzeug geparkt wird, und der für das Laden benötigten Energiemenge, was für das Laden am Zielort äußerst nützlich ist.

Beim geplantem Laden liegt der Schwerpunkt auf dem Senken von Emissionen aus Ladevorgängen bei gleichzeitiger Erfüllung der Mobilitätsbedürfnisse. Es eignet sich besonders für das Laden von E-Autos an Standorten, an denen die Ladeleistung auf eine feste Kilowatt-Leistung begrenzt werden muss. Dieser Ansatz ist aus mehreren Gründen sehr effektiv: In Bezug auf das Laden nach einem 24-Stunden-Zeitplan ermöglicht er eine zeitliche Steuerung der maximal verfügbaren Leistung. In Kombination mit PV-Erzeugung ermöglicht es zudem eine Verschiebung von Lasten, damit das Laden größtmöglich von PV abgedeckt wird und die Ladeleistung bei ungünstigen Wetterbedingungen so weit wie möglich begrenzt wird. Ebenso lässt sich auch das Hochlastzeitfenster des Verteilnetzbetreibers vermeiden, das Laden mit dynamischen Tarifen vernetzen oder die verfügbare Leistung entsprechend der Wochentage begrenzen.

Beim ausgewogenem Laden wird die verfügbare Leistung gleichmäßig auf alle angeschlossenen Ladepunkte verteilt. Es ist besonders geeignet, wenn die Mobilitätsbedürfnisse der E-Fahrer:innen unbekannt sind oder wenn alle EVs die gleiche Priorität haben.

Das serielle Laden maximiert die Ladeleistungsverteilung nach dem Motto „wer zuerst kommt, mahlt zuerst“. Die Priorisierung erfolgt in chronologischer Reihenfolge, wobei E-Autos, die zuerst an der Ladestation angeschlossen werden, mehr von der verfügbaren Kapazität erhalten. Das System wird häufig an halböffentlichen Ladestationen eingesetzt, zum Beispiel in Hotels, an Ladestationen an Autobahnen oder im Umfeld von Restaurants.

Das PV-Überschussladen minimiert die Emissionen von Ladeprozessen und erfüllt gleichzeitig die Mobilitätsanforderungen. Es nutzt vorrangig die überschüssige PV-Energie zum Laden der Fahrzeuge und ist eine geeignete Strategie für das Laden von EVs an Standorten, an denen die Ladeleistung auf eine feste kW-Leistung begrenzt werden muss.

Die vier verschiedenen Lademodi

4: Eine eigene maßgeschneiderte Lösung kreieren

Jeder Standort und jeder CPO hat seine eigenen spezifischen Anforderungen, die erfüllt werden müssen. Deshalb können Unternehmen mit der API von gridX ihre eigenen Lösungen erstellen – von einer mobilen App bis hin zu einem umfassenden CPO-Dashboard. Die API ermöglicht es Unternehmen, die von XENON bereitgestellten Daten zu nutzen. Ein CPO kann so beispielsweise ein eigenes CPO-Dashboard erstellen, das Daten von XENON und anderen Tools (zum Beispiel vom Router oder über OCPP) integriert, um einen umfassenden Überblick über eigene Ladestationen zu erhalten, Probleme leichter zu beheben oder den Wartungsbedarf im Voraus zu bestimmen.

Erstelle Deine eigenen Lösungen mit der API von gridX

5. Mit PV und Batterien über die Netzkapazität hinausgehen

Lass uns einen Schritt weiter gehen und einen Standort mit zusätzlichen Anlagen erweitern, die von einem fortschrittlichen Energiemanagementsystem (EMS) verwaltet werden. Dadurch wird nicht nur die Nutzung erneuerbarer Energien maximiert, sondern auch die Netzabhängigkeit verringert und die Widerstandsfähigkeit verbessert. Durch die Installation von PV-Aufdach-Solaranlagen wird erneuerbare Energie nutzbar, die direkt an einem Standort erzeugt wird. Diese Energie kann dann tagsüber zum Laden von EVs genutzt werden, was die Abhängigkeit vom Stromnetz verringert. Wenn überschüssige Solarenergie vorhanden ist, lässt sich diese entweder in das Netz zurückspeisen oder mit Hilfe von Batterien für eine spätere Verwendung speichern, was von Vorteil ist, da Autos nur kurzzeitig mit voller Leistung geladen werden. 

In Kombination mit einer Batterie kann das E-Auto über den gesamten Ladezyklus hinweg mit voller Kapazität laden und ist nicht mehr durch die Netzanschlusskapazität beschränkt. Dies ist besonders nützlich, wenn Schnellladesäulen mit Batterien kombiniert werden, um größeren Lasten besser zu verwalten. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass Batterien, wenn sie ganzheitlich eingesetzt werden, auch die Lastkurven von Ladestationen ausgleichen können. So wird das Gleichgewicht des Netzes erhalten und die Gebühren gesenkt.

Maximiere erneuerbare Energien und Kapazitäten

Die Zeit für schnelles und smartes EV-Laden ist gekommen

Akash Roshan, Senior Product Manager bei gridX, erklärt: „Die Nachfrage nach Ladestationen für Elektrofahrzeuge in Europa, insbesondere nach Schnellladestationen, ist so hoch wie nie zuvor. Um Kosten- und Zeitprobleme sowie die zunehmende Komplexität zu überwinden, müssen wir das Laden intelligent gestalten. Mit zusätzlicher Kontrolle über die Ladeinfrastruktur und automatischer Lastverschiebung können wir Lastspitzen reduzieren und die Auswirkungen auf den Ladekomfort nicht nur minimieren, sondern sogar verbessern.“ 

XENON bietet eine ganzheitliche Energiemanagement-Lösung, gepaart mit einem benutzerfreundlichen Dashboard. Die Zusammenarbeit mit Energieexpert:innen von gridX garantiert einen reibungslosen Rollout. All diese Faktoren sorgen gemeinsam für einen einfachen Betrieb der Ladeinfrastruktur unter der Maxime: Kosten senken sowie Effizienz und Nutzerfreundlichkeit steigern. Die Revolution der E-Mobilität braucht anpassungsfähige Lösungen, die mit der steigenden Nachfrage nach mehr und schnelleren Ladepunkten Schritt halten (müssen).

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Digitalization in the energy industry
Unser Bericht fasst den Stand der Digitalisierung in der Energiewirtschaft zusammen und unterstreicht die Notwendigkeit die Digitalisierung zu beschleunigen.
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