Intelligenz statt Kupfer

Die steigende Zahl von Elektrofahrzeugen treibt den Stromverbrauch in die Höhe. Ein Ausbau der Infrastruktur ist teuer – gefragt ist darum eine Lösung, die einerseits den Bedarf der Fahrzeuge zuverlässig deckt, andererseits aber die Investitionskosten im vertretbaren Rahmen hält. Smart Charging verspricht genau das: Eine intelligente Steuerung der Ladevorgänge erhält die Balance im Stromnetz und sorgt zugleich dafür, dass die Fahrzeugbatterien rechtzeitig geladen sind. Voraussetzung dafür sind interoperable Kommunikationsmodule in allen Komponenten.

Noch sind E-Fahrzeuge eine Seltenheit im Straßenbild. Sollte es hier aber wie geplant zu einem massiven Anstieg kommen, dürfte die Netzstabilität in spätestens drei bis fünf Jahren ein wichtiges Thema sein. Denn dann könnte die bestehende Strominfrastruktur an ihre Grenzen stoßen – schließlich müssen die Ladeleistungen von mehreren Zehn Kilowatt pro Fahrzeug irgendwie zu den Ladestationen gelangen. Mehr Kupfer ist eine mögliche Lösung, aber das Verlegen neuer Leitungen ist teuer und aufwendig – daher gilt: Ausbau der Netze, wo es nötig ist, und Nutzung der Infrastruktur mit intelligenten Steuerungen. Wenn es gelingt, durch Digitalisierung in Zukunft Angebot und Nachfrage besser auszubalancieren, lassen sich unnötige Kosten vermeiden, ohne dass E-Autos wegen leerer Batterien stehen bleiben müssen.

Dieses Smart Charging lässt sich ohne Kommunikation aber nicht realisieren. „Zu den wichtigsten Funktionen gehört die Übertragung von aktuellen Tariftabellen“, sagt Ursel Willrett, Seniorfachreferentin für Infrastruktursysteme und E-Mobilität bei IAV. „Sie sagen dem Autofahrer unter anderem, wie viel Cent pro Kilowattstunde Energie und bei einer bestimmten Ladeleistung er im Moment bezahlen muss.“ Das Angebot richtet sich nach den verfügbaren Kapazitäten im Stromnetz: Wenn es eng wird, müssen die Tariftabellen angepasst werden. Wer dann seine Batterie aufladen möchte, muss sich eventuell mit weniger Ladeleistung zufriedengeben oder einen höheren Preis in Kauf nehmen. Auch für den umgekehrten Vorgang – das Einspeisen von Strom aus der Batterie ins Netz – müssen Tariftabellen bereitgestellt und laufend aktualisiert werden.

Neben den Tariftabellen muss das intelligente Kommunikationssystem auch die Grundlage für die Ladesteuerung, die Gebührenabrechnung und das Bezahlsystem bereit  stellen. Mit anderen Worten: Es muss alle Parteien miteinander vernetzen – Kunden, Betreiber von Ladeinfrastrukturen, E-MobilitätsProvider, Stromversorger, Clearinghäuser für die Abrechnung und OEMs. „Wir brauchen darum in Zukunft eine Plattform für SmartCharging-Applikationen, damit alle Beteiligten Informationen untereinander austauschen können“, so Willrett. Diese Plattform soll es zum Beispiel den E-Mobilitäts-Providern erlauben, Warteschlangen zu pflegen und ihren Kunden immer rechtzeitig die benötigte Ladeleistung zur Verfügung zu stellen. Und ganz ähnlich wie beim Mobilfunk würde auch das Roaming zwischen verschiedenen Anbietern möglich: Autofahrer könnten an beliebigen Ladestationen Energie tanken und würden nur eine einzige Rechnung dafür erhalten.

Voraussetzung für solche Dienste sind Kommunikationsmodule in allen Komponenten (unter anderem in Fahrzeugen und Ladestationen sowie bei den Energieversorgern und den E-Mobilitätsprovidern), die interoperabel sind und dadurch erst den neuen Markt für die Smart-Charging-Services ermöglichen. Entsprechende Standards wie ISO/IEC 15118 und IEC 61851-1 für den Datenaustausch zwischen Fahrzeug und Ladestation sowie IEC 61850, IEC 63110 und OCPP für die Kommunikation zwischen Ladestation und „Secondary Actors“ wie Stromversorger oder Netzbetreiber sind bereits vorhanden. Für den Zugang zu Home Energy Management Systemen (HEMS) gibt es die Standards SPINE, SEP 2.0 und Echonet Lite. „Alle diese standardisierten Protokolle eigen sich dafür, die Smart-Charging-Funktionen zu implementieren“, sagt Willrett.

IAV kann sowohl Kommunikationsplattformen als auch Smart-Charging-Applikationen entwickeln. „Wir haben zum Beispiel für ein Home Energy Management System eine Applikation und das Protokoll für das Laden zu Hause implementiert“, berichtet Willrett. „Je nach der aktuellen Verfügbarkeit von Strom aus der Fotovoltaikanlage wird die Fahrzeugbatterie geladen oder liefert Energie für die Verbraucher im Haus.“ Solche intelligenten Dienste könnten dank neuer Kommunikationssysteme in wenigen Jahren großflächig verfügbar sein. Autofahrer könnten dann zum Beispiel festlegen, dass die Batterie immer morgens um sieben vollständig geladen sein muss. Das Fahrzeug würde daraufhin den besten Tarif aushandeln und könnte selbst auf kurzfristige Änderungen beim Strompreis noch flexibel reagieren. Die Folge wären sinkende Kosten für die Autofahrer und besser ausgenutzte Stromnetze. Bei der derzeitigen Ladeinfrastruktur wird der Ladestrom meist nur statisch gesteuert, einige Systeme davon können den Strom nur ein- oder ausschalten. Mit den Kommunikationsplattformen gibt es Smart-Grid-Applikationen, die statisch und dynamisch Ladevorgänge effektiv durchführen.