Ich glaube an das Pferd

Wer Wikipedia über den Begriff Mobilität befragt, wird umfangreich dazu aufgeklärt. Wer weiter recheriert und sich zwischen räumlicher, sozialer, beruflicher, öffentlicher und finanzieller Mobilität zu verlieren droht, kommt letztendlich wieder zum Kern zurück: Mobilität ist und bleibt ein bedeutender Teil unseres Lebens! Ob auf Völkerwanderungen oder mit Hilfe moderner Technik zu benachbarten Himmelskörpern - Elektromobilität als technische Form der Fortbewegung verheisst eine Energie-effiziente Art der maschinellen Mobilität als revolutionäre Kraft. Digitalisierung und Elektrifizierung werden bereits in naher Zukunft, Hand in Hand, unsere Optionen bestimmen und herausfordern. Elektrischer Strom ist dabei der universelle Energieträger, um Licht und Wärme zu erzeugen, Daten zu übertragen und alles in Bewegung zu setzen. Zur Übergangsphase vom fossilen zum regenerativen Zeitalter kommen zwangsläufige Transformationsprozesse als wichtiger Bestandteil hinzu. Die Zukunft gehört in erster Linie ganz klar den Batterie-Elektrofahrzeugen.

Der als grandioseste Fehlbesetzung der deutschen Geschichte titulierte letzte deutsche Kaiser verstand irgendwann die sich um ihn herum wandelnde Welt nicht mehr und legte fest: Ich glaube an das Pferd. Das Automobil ist eine vorübergehende Erscheinung. Was man daraus für heute lernen kann? Eine einfache Erkenntnis: wer nicht mit der Zeit geht, geht mit der Zeit!

So wie Kaiser Wilhelm Zwo sich nicht eingestehen konnte, dass sich die Zeiten ändern, so irritierend selbstsicher erklären auch heute Experten (darunter Tankstellenbetrieber, Mechaniker und ehemalige Rennfahrer), dass E-Mobilität ein Irrweg sei, der Verbrenner noch viel ungenutztes Potenzial besitzt und der deutsche Exportschlager immer grösser, schneller und teurer werden kann. Echt? Natürlich nicht, wie die Diskussion um SUV Fahrzeuge aufzeigt. Denn nur weil einigen von uns der Wandel nicht in den Kram passt, wird er nicht einfach an uns vorbeigehen. Wem also nützt der bevorstehende Wandel zur Elektromobilität und wem schadet er möglicherweise?

Eine Antwort gibt die Physik: Energieverschwendung in jeder Form ist Unsinn. Entsprechend dem ersten Satz der Thermodynamik, dem sog. Energieerhaltungssatz, wird Energie niemals vernichtet oder geht einfach verloren. Ein Beispiel: die unlängst verbotene Glühlampe (dessen Technik übrigens auch viele Fans hatte) wandelt die 100 Prozent elektrische Energieleistung in 5 Prozent Licht und 95 Prozenz Wärmeleistung um. Betrachtet man die Glühlampe also als Heizung ist sie mit 95 Prozent Wirkungsgrad sehr effizient. Will man mit ihr aber einen Raum beleuchten, so findet man schwerlich eine ineffizientere Lichtquelle. Wie auch beim Verbrennungsmotor, der im Betrieb eine lange Reihe (kontrollierter) Explosionen in Gang setzt und vor allem eins produziert: nämlich Wärme (vglb der verbotenen Glühbirne)! Konkret: von 100 Prozent chemischer Energie (Brennwert des Kraftstoffs) wird nur etwa ein Drittel (ca. 33 %) in Bewegung umgesetzt. Etwa 66 % sind Abwärme (33 % Abgaswärme und weitere 33 % Motorabstrahlung). Elektromotoren kommen hingegen auf einen physikalischen Wirkungsgrad von deutlich über 90 Prozent. In einigen Quellen ist gar von einer Abwärme durch Reibung von nur 2 % und einer Energieumwandlung des elektrischen Stroms in die Energieform Bewegung von 98 % die Rede. Das ist kaum zu toppen.

Diese Faktenlage nennt sich übrigens Blockheizkraftwerk und die Verbrenner-Technik Kraft-Wärme-Kopplung. Ergo: Verbrennungsmotoren in die Keller - Elektromotoren in die Autos!

Haben Sie aus dieser Erkenntnis schon einmal versucht, den Kraftstoff, den Ihr Verbrenner PKW so ineffizient verbrennt (als gäbe es kein morgen) selbst herzustellen? Natürlich nicht, das geht doch auch gar nicht! Und auch dies ermöglicht nun das Batterie-Elektrofahrzeug. Dabei spielt es grundsätzlich keine Rolle, welcher Art der Eigenstrom ist, bestenfalls kombiniert mit einem aufladbaren Stromspeicher. Brauchen wir dann noch Tankstellen? Ladeparks solcher Art ermöglichen innerhalb weniger Minuten die Aufladung für weitere hundert Kilometer. Das bekannteste Ladenetz Europas bietet TESLA für Urlaubsfahrten vom Nordkap bis nach Silizien.

Achtung, jetzt kommt die vermeintliche Rettung für Mineralölkonzerne: die Sache mit dem Wasserstoff. Aber auch ein Fahrzeug, das Wasserstoff tankt, bleibt ein Elektrofahrzeug. Die Brennstoffzelle funktioniert dort gewissermassen wie eine Art Reichweitenverlängerer. Ob diese Technik in PKWs Einzug halten wird, ist angesichts fallender Batteriepreise sehr fraglich. Statt also auf eine vermeintlich neue Wundertechnik zu warten, machen viele was heute schon technisch problemlos geht: sie montieren sich eine PV-Anlage auf ihr Dach, machen ihren Ladestrom also einfach selbst. Dass E-Motoren das Rennen machen, ist weder zu leugnen noch zu verhindern. Das erkennen mittlerweile auch die ersten (deutschen) Konzerne, die bislang eher durch technische Betrügereien den Clean Diesel propagierten. In einer unheiligen Lobbyarbeit verhinderten sie jahrelang notwendige Anpassungen und Innovationen und zahlen nun die Zeche: die Technologie der elektrischen Energiespeicherung ist keine deutsche. Stattdessen spielen hier Chinesen und Amerikaner die erste Geige (neue Relunktanzmotoren, verbessertes Akkumanagement, Superkondensatoren zur Leistungsoptimierung usw). TESLAs Modell 3 stürmt derzeit in allen europäischen Ländern in den Verkaufszahlen an den etablierten Herstellern vorbei.

Den endgültigen Sieg des Elektrofahrzeugs über die Verbrennerkonkurrenz wird das herbei führen, was nicht mehr drin ist - und das ist eine ganze Menge: ein fast vollautomatisch gefertigter E-Antrieb besteht nur noch aus einem Bruchteil an Bauteilen im Vergleich zu einem klassischen, teilmanuell gefertigten Verbrenneraggregat und kann zudem von einer Vielzahl von Anbietern hergestellt werden - insbesondere von solchen, die noch gar nicht existieren. Das in Jahrzehnten erworbene Know-how, welches in einem modernen Dieselmotor steckt, taugt jedenfalls nicht mehr als Alleinstellungsmerkmal. Stattdessen wird sich der Elektro-Autokunde nicht mehr mit Inspektionen an Zündung, Einspritzung, Abgasmanagement, Motormechanik, Getriebe, Kühlsystem usw. befassen müssen. Ölwechsel werden überflüssig und Bremskomponenten müssen seltener getauscht werden. Not macht scheinbar nicht nur erfinderisch, sondern auch panisch. Das krampfhafte Festhalten an überkommenen Technologien und Strukturen erinnert fatalerweise an bereits mehrfach erlebte Disruptionen. Zum Schluss: berechtigt geäusserte Kritik an den Batterie-Bestandteilen in Hinblick auf Herstellung und Zusammensetzung sind dank weiterer Innovationen (leider nicht aus Deutschland) schrittweise entschärft. So fertigt TESLA seine Akkus nunmehr fast Kobaltfrei und das PEM an der RWTH kann bereits über 87 Prozent von Alt-Akkus wieder einer Verwendung zuführen. Denn: die Zukunft fährt elektrisch und das Pferd kann zurück auf die Weide.

Energie im Fluss

Die Erklärung scheint logisch: Rudolf Diesel ist der Namensgeber des heizölähnlichen Treibstoffs für Selbstzünder-Motoren, dementsprechend müsste Benzin von Carl Benz stammen, dem Erfinder des Automobils. Falsch, denn das Wort Benzin kommt ursprünglich aus dem arabischen Raum. Dennoch gibt es eine deutsche Beteiligung an der Bezeichnung, wenngleich nicht vom Mannheimer Autoerfinder: Der Chemiker Eilhard Mitscherlich (1794–1863) liess sich von dem indonesischen Benzoebaum (arabisch luban dschawi für «javanischer Weihrauch», lateinisch styrax benzoin, französisch benjoin) inspirieren, als er 1833 ein Destillat aus Benzoeharz Benzin nannte. 1834 ersetzte Mitscherlichs Kollege Justus Liebig (1803–1873) den Namen dieses spezifischen Produkts durch Benzol, und seitdem bezeichnet man als Benzin nur noch ein Destillat aus Erdöl. Carl Benz kam jedoch erst 1844 auf die Welt und hat mit der Geschichte rein nichts zu tun. Alle reden von Elektroautos. Doch meistens gilt der Kilometer als Kennzahl, also die Reichweite des Elektroautos. Wie aber sieht es aus mit den Kosten einer Batterieladung im Vergleich zum herkömmlichen Gang zur Tankstelle? Wir haben nachgerechnet. Jeder von uns kennt die stark schwankenden Literpreise nach Uhr- und Jahreszeit, sowie den hohen Prozentsätzen an Steuern und Vertriebskosten der Mineralölkonzerne. Ein reiner Verbrenner hat deutlich höhere Verbrauchswerte, Versicherungs- und Wartungspauschalen. 20% der Treibhausgase in Deutschland werden durch den Straßenverkehr verursacht. Durch die Förderung regenerativer Energien in Form der EEG-Umlage lassen sich Treibhausgase bereits reduzieren. Im direkten Vergleich stößt ein Elektrofahrzeug bei Nutzung regenerativer Energien maximal 5g pro gefahrenen Kilometer aus. Ein vergleichbarer Diesel-Verbrennungsmotor stösst hingegen circa 120g pro gefahrenen Kilometer aus. Demnach entspricht bei einem VW E-Golf der Preis für eine Tankfüllung 6 €.

Preise sind abhängig von der Art der Ladestation und der Batterieleistung des Elektrofahrzeugs. Beim Laden über das Heimstromnetz kostet eine Kilowattstunde (kWh) in der Regel zwischen 0,17€ und 0,22€, abhängig vom regionalen Energieversorger und Flatrate Kundenkarten. Ziel des E-Mobilitätsgesetzes ist es, die Bezahlsysteme zu vereinheitlichen, analog zum Typ-2 Stecker. Man sollte Elektroautos ruhig bei jeder Gelegenheit laden. Die in der Regel eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien haben keinen Memory-Effekt. Sie verlieren also nicht an Kapazität, wenn man sie immer wieder nur teilweise auflädt. Wird die Batterie möglichst mit geringerer Leistung geladen, z. B. mit 11 kW an der Wallbox, schont das sogar den Akku und erhöht seine Lebensdauer.

Da wäre doch eine Addition aus Elektro- und Verbrenner-Leistung die beste Maximalleistung in einem Hybridauto! Schon seltsam: Das in diesem Jahr bisher meistverkaufte Hybridauto, der Toyota Auris HSD verfügt über einen Elektromotor mit 82 PS maximaler Leistung sowie einen 1,8-Liter-Benzinmotor mit 99 PS. Die Gesamtleistung des Systems sollte also 181 PS betragen, doch das ist falsch. Toyota gibt eine deutlich tiefere Leistung von 136 PS an. Man spricht bei Hybridautos von Systemleistung, denn beide Kraftquellen verfügen über unterschiedliche Leistungskurven, die nicht zwingend bei gleicher Drehzahl ihr Maximum erreichen. So kann beispielsweise die E-Maschine ihre Nominalleistung nicht voll ausspielen, weil sie von der Maximalleistung der Traktionsbatterie begrenzt wird. Die Differenzen sind immer ähnlich krass, so dass nur eine reines E-Fahrzeug die Zukunft der Mobilität darstellt: wenn wir die Freiheit individueller Mobilität erhalten wollen, müssen wir uns von vielem verabschieden, was wir heute mit dem Autofahren verbinden. Wir müssen Mobilität neu denken und neue definieren. Dort braucht es eigene Schnellstrassen für autonome Fahrzeuge, innovative Schnellbusse, E-Mobility-Zonen und neue «Shared Mobility»-Konzepte. Das Zeitalter vom Besitzgegenstand Auto geht früher oder später zu Ende. Nicht nur die Sorge über den Klimawandel sind dabei Triebfeder. Für die meisten Menschen lohnt sich die Anschaffung eines eigenen Autos ganz einfach nicht mehr.

Deutschland streitet um die Erhöhung des Benzinpreises aufgrund abnehmender Verbrennerzahlen - genau wie das Briefporto aufgrund mehr Mails deutlich ansteigt. In Georgien können die Menschen von solchen Preisveränderungen auf Treibstoff nur träumen. Sie schauen sich deshalb nach Alternativen um. Hybridautos boomen bereits in Tiflis - seit die Regierung die Importsteuern auf Hybridautos um rund 60 Prozent gesenkt hat, schnellen die Einfuhrzahlen in die Höhe. Letztes Jahr hatten bereits fast die Hälfte aller in Georgien importierten Autos einen Hybridantrieb. Hinzu kommt, dass ein Grossteil der Energie in Georgien aus Wasserkraft stammt, also wirklich erneuerbar ist. Wieso aber sollte ausgerechnet im armen Georgien die E-Auto-Revolution so bald schon stattfinden? Wegen den hohen Unterhaltkosten der Treibstoff-Autos -ebenso wie Lenkräder auf der rechten statt linken Seite, da viele der Gebrauchtwagen aus Japan kommen. Weil ein Elektromotor aus lediglich ein paar Dutzend Teilen besteht – ein Verbrennungsmotor hingegen aus mehreren hundert, fallen wie überall auf der Welt viel weniger Unterhalts- und Reparaturarbeiten und somit Kosten bei einem E-Auto an. Wie die weltweiten Zahlen andeuten, ist das häufigste E-Auto auch in Georgien ein Nissan Leaf. Mit der Produktion dieses vergleichsweise günstigen Modells begann der japanische Hersteller bereits 2012. Auch in diesem Punkt kommen die Fahrer von gebrauchten E-Autos deutlich günstiger weg.

Mit Ladestationen ist es ähnlich wie mit Mobilfunktarifen: Jeder Nutzer hat eigene Anforderungen an Leistungen so wie den Preis. Entsprechend gibt es verschiedene Verfahren der Abrechnung, von schlichtweg kostenlos bis hin zu Kombinationen aus verschiedenen Systemen. Kurz gesagt: Ein Elektroauto lässt sich mit Wechselstrom langsamer aufladen, während mit Gleichstrom Schnellladungen möglich sind. Die meisten Säulen sind mit zwei Typ-2-Steckern mit je 22 kW Wechselstrom-Leistung ausgestattet. Sie laden den Stromer in rund 2 bis 4 Stunden auf. An Schnellladesäulen mit über 50 kW kann man sein Elektroauto mit Gleichstrom laden und hat seinen Akku meist in 30 Minuten wieder zu 80 bis 100 % gefüllt. Klar: für Vertreter, die wöchentlich grössere Distanzen auf Autobahnen zurücklegen, mag ein Elektroauto nicht die erste Wahl sein. Doch das Netz an Elektro-Ladestationen wird kontinuierlich ausgebaut. Und wer sich im Stadtgebiet aufhält, muss sich ohnehin kaum fürchten.

Kostenlose Ladesäulen:
Von Händlern über Discounter und Restaurants bis zu Shopping-Outlets gibt es einige Anbieter, die das kostenlose Laden von Elektroautos als Service anbieten. Immer mehr Handelsketten wie Aldi oder Ikea bieten inszwischen die Möglichkeit, während des Einkaufs kostenlos auf ihren Parkplätzen Strom zu tanken. An solchen kostenlosen Ladesäulen reicht es meistens, wenn man einfach ansteckt. Dann beginnt das Auto von alleine zu laden. Genau wie auch daheim an der Wallbox. Den Ladevorgang beendet man dann ebenfalls wie an der heimischen Wallbox. Es gibt aber auch Ladestationen die eine RFID-Karte sehen wollen bevor sie freischalten. Das hat den Zweck, dass definitiv nur der E-Mobilist den Ladevorgang beenden kann und nicht einfach jeder. Bitte niemals den Personalausweis oder eine Bankkarte verwenden. Ja, die haben auch RFID, aber die haben mehrere "Identitäten", dies ist ein Sicherheitsfeature und vollkommen normal. Hat aber zur Folge, dass sie sich beim Beenden des Ladevorgangs nichtmehr mit der gleichen ID melden wie beim Freischalten. Die Ladesäule kennt uns dann nicht mehr und wir sitzen fest weil sie das Kabel nicht aufschliesst. Verwenden Sie daher bitte einfach irgendeine Ihrer Ladekarten und merken Sie sich welche es war.

Ladepunkte mit Zeitabrechnung:
Mit einer Wandladestation verkürzen Sie die Ladezeit Ihres Elektroautos gegenüber einer herkömmlichen Steckdose um rund 10 Stunden. Die entsprechende Elektroinstallation vorausgesetzt, lädt Ihr Stromer in einrt Stunde vollständig auf. An solchen Ladesäulen mit Zeitabrechnung bezahlt man die Zeit in Minuten in der man an der Ladesäule angesteckt ist. Dabei ist ganz egal ob das Auto schon lange voll ist oder nicht so schnell laden kann wie die Säule könnte. Meist richten sich diese Tarife danach, wie schnell die Ladesäule maximal laden kann. Die Zeitabrechnung hat den Vorteil, dass Nutzer wieder gehen, wenn ihr Auto voll ist und somit die Ladesäule für nächste frei machen. Bei den Stadtwerken Leipzig und RheinEnergie ist das Laden sogar kostenlos.

Ladeparks mit kWh-Abrechnung:
Besitzer von Ladepunkten können eigene Gebühren festlegen. Diese können einen Starttarif, Zeittarif (Rate pro Minute) und eine kWh-Tarif enthalten. Zuschläge gelten für Benutzer, die Ladekarten von anderen Anbietern verwenden. Sie dürfen auch individuelle Vereinbarungen mit Ihren eigenen Kunden über ihre Ladetarife und Ladepläne treffen. Solche Ladesäulen mit kWh-Abrechnung rechnen nur den Strom ab, den man auch tatsächlich geladen hat. Hier ist am einfachsten erkennbar was man für seinen Strom bezahlt. Nachteil ist, dass vollgeladene Auto nichts bezahlen, wenn sie nicht mehr laden und damit super günstig parken. Entsprechend hat der Nutzer kein Interesse daran die Ladestation zu räumen, wenn er fertig ist. Letztendlich bezahlt man das, was der Betreiber verlangt mit dem man die Ladesäule für sich freigeschaltet hat. Dabei ist es egal ob die Ladesäule von den regionalen Stadtwerken oder einem anderen Anbieter ist. Wie viel Energie ein Elektroauto verbraucht und was das Aufladen kostet, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehören der Ort, an dem geladen wird, die eigene Fahrweise und der Preis pro Kilowattstunde (kWh). Im Durchschnitt verbraucht ein Stromer 17 kWh auf 100 Kilometer. Bei einem kWh-Preis von 20 Cent (Verbraucherpreis) kosten 100 Kilometer Reichweite also 3,40 Euro (17 x 0,20 = 3,40 €). Wer es besonders ernst nimmt, kann mit eigenem Solarstrom sogar rein rechnerisch kostenfrei fahren. Das bedeutet, dass der Stromverbrauch pro Kilometer grundsätzlich nur etwa 0,02-0,03 € beträgt.

 

Konzepte und Begriffe

Die Verknappung der Erdölreserven bei gleichzeitiger Zunahme der weltweiten Nachfrage hat in den letzten Jahren zu einer stetigen Erhöhung der Kosten für die Individualmobilität geführt. So kam es in Deutschland in den vergangenen zehn Jahren zu einem Anstieg des Benzinpreises von 49 Prozent und des Dieselpreises von 72 Prozent. Der Wunsch nach Unabhängigkeit von Ölreserven bewirkt eine wachsende Akzeptanz für alternative Mobilität. Darunter fallen unter anderem Themenbereiche wie die Stromversorgung, Ladekonzepte, Informationsund Kommunikationstechnologien sowie die Integration von Elektrofahrzeugen in den zukünftigen Straßenverkehr. Im Allgemeinen beinhalten die genannten Infrastrukturaspekte tendenziell reaktive Maßnahmen. Dies bedeutet, dass ihre Entwicklung von dem Fortschritt der Elektromobilität abhängig ist und eher eine Anpassung an die gegebene Marktsituation erfordert. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass infrastrukturelle Aspekte mit zunehmender Marktdurchdringung der Elektrofahrzeuge an Relevanz gewinnen werden. In der heutigen Gesellschaft, die geprägt ist von komplexen und voll automatisierten Produktionsprozessen, sowie einer immer weiter fortschreitenden Kommunikation, ist die Versorgung mit elektrischem Strom unverzichtbar geworden. Eine zuverlässige Stromversorgung für alle ist eine Selbstverständlichkeit. Die Ansprüche in Deutschland an die Netzstabilität sind dementsprechend sehr hoch, weil durch das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) sind die Betreiber der deutschen Stromnetze in der Pflicht, die störungsfreie Versorgung mit elektrischer Energie zu gewährleisten. Elektromobilität und Erneuerbare Energien gehören zusammen. Damit dies möglich wird, muss die in Deutschland bisher vorherrschende verbrauchsabhängige Energieerzeugung sich in der Zukunft zu einer erzeugungsabhängigen Verbrauchersteuerung entwickeln - Zukünftige intelligente Stromnetze, sog. Smart Grids in Kombination mit neuartigen Speichertechnologien sind bereits heute von großer Bedeutung.

Der Strombedarf eines Elektrofahrzeugs liegt mit ca. 2.200 kWh pro Jahr in der Größenordnung eines kleineren Familienhaushaltes. Über das Jahr verteilt legt ein herkömmlicher Pkw eine Strecke von ca. 14.000 km zurück. Der Verbrauch an elektrischer Energie wird von den Herstellern mit ca. 15 kWh für eine Strecke von 100 km ausgewiesen. Gemessen am Gesamtstromverbrauch Deutschlands bedeutet dies einen Zuwachs von lediglich 0,36 Prozent. Diese Leistung, die an bestimmten Zeitpunkten im Verlauf eines Tages bereitgestellt werden muss, gliedert sich wie folgt: 8 Uhr morgens, 11 Uhr mittags sowie 17 Uhr nachmittags (Spitzenlast). Es ist davon auszugehen, dass in der Einführungsphase der Elektromobilität der Ladevorgang hauptsächlich am Wohnort stattfinden wird (Stellplatz-Ladung, keine zentrale Regelung). Es sollte frühzeitig damit begonnen werden, ein intelligentes Lastmanagement einzuführen, welches Lastspitzen verhindert, die Netzstabilität verbessert und eine effizientere Ausnutzung der vorhandenen Kapazitäten ermöglicht.

Eine intelligente Technik, die das Stromnetz der Zukunft mit Hilfe von Informationsund Kommunikationstechnik steuert, wird somit immer wichtiger. Denkbar sind Stromtarife, die ihre Preise je nach aktueller Verfügbarkeit der produzierten Strommenge anpassen und damit eine effizienteren Auslastung des Stromnetzes ermöglichen. Lastspitzen können somit weiter reduziert werden. Neben Smart Grids spielen auch Speichertechnologien eine wichtige Rolle in dem Vorhaben, Elektrofahrzeuge zu 100 Prozent aus Erneuerbaren Energien zu betreiben. Sie ermöglichen es in Zeiten der Überproduktion Energie zu speichern und diese bei Lastspitzen wieder abzugeben, wenn diese an der Ladestation angeschlossen sind. Um den Bau neuer Stromleitungen zu vermeiden oder die relativ lange Bauzeit zu überbrücken, wird in Deutschland der Technologie der Druckluftspeicherkraftwerke eine größere Bedeutung zugesprochen. Zur Speicherung der Energie wird Luft komprimiert und in Kavernen, die sich unter der Erde befinden gespeichert. Zur erneuten Stromerzeugung wird diese Luft einem Gasturbinenprozess zugeführt. Speziell zur Speicherung überschüssiger Windenergie in Norddeutschland wird die Bedeutung dieser Speicherart weiter zunehmen. Als Speicherkavernen eignen sich vor allem Salzstöcke, die in Schleswig-Holstein und Niedersachsen in ausreichender Anzahl verfügbar sind.

Vehicle to Grid (V2G)
Bei dieser Speichertechnologie wird die in Elektrofahrzeugen verbaute Batterie zum Ausgleich von Stromschwankungen verwendet. Weniger als zehn Prozent der PKWs in Deutschland sind ständig in Bewegung, der Rest befindet sich im parkenden Zustand und könnte während dieser Zeit zum Ausgleich der Stromschwankungen dienen. Zum Vergleich könnten 1 Million Elektrofahrzeuge mit einer Speicherkapazität von 25 kWh und einer 2/3 Entladung eine Leistung von 10.000 MW liefern. Weiterhin sind die in Kombination mit Smart Grids denkbaren flexiblen Strompreise zu nennen. So könnte ein Elektrofahrzeug den in der Nacht günstigen Strom von Windkrafträdern aufnehmen und zu Zeiten höherer Nachfrage und damit höherer Preise wieder an das Netz abgeben. So kann neben einer Stabilisierung des Stromnetzes auch eine Refinanzierung der hohen Kosten für Batterien geschehen. Eine Win-Win-Situation für den Autobesitzer, die Energieversorger und die Umwelt ist denkbar.

Typ2 Ladestecker
Um unabhängig an verschiedenen Stellen Strom tanken zu können, ist eine einheitliche Ladesteckvorrichtung notwendig. Hierzu haben sich europäische Energieunternehmen und Automobilhersteller deutlich für den Typ 2 Stecker ausgesprochen. Der Typ 2 Stecker ist bereits bidirektional ausgelegt. Dies bedeutet der Strom kann sowohl Energie in die Fahrzeugbatterie übertragen, sowie Energie aus der Batterie in das Stromnetz leiten. Geeignet ist dieser Stecker für Ladeströme von 13 A bis 63 A und für Ein- und Dreiphasen Anschlüsse. Über die Kontakte „control pilot“ und „earth“ wird die Datenkommunikation durchgeführt. Der Typ 2 Stecker bietet eine Ladeleistung von bis zu 44 kW. Somit bietet der Typ 2 Stecker die höchste Ladeleistung ohne Nachteile in Bezug auf Kosten, Gewicht und Größe. Weiterhin bietet der Stecker einen Wegfahrschutz. Das bedeutet, ein versehentliches oder nicht autorisiertes Ausreißen des Steckers ist nicht möglich, da ein eigener Stromkreis die Steckverbindung überprüft. Zudem wird erst bei einer optimalen Verbindung zwischen Stecker und Fahrzeug die Spannung angelegt. Eine am Stecker angebrachte Laderegelung ermittelt den kontinuierlichen Strom- und Spannungsbedarf des Fahrzeugs und kontrolliert den Zustand der elektrischen Komponenten. Der Typ 2 Stecker ist so gestaltet, dass selbst ein Überfahren des Steckers nicht zu einer Beschädigung führt. Die Anschaffungs- und Anschlusskosten für Ladestationen sind relativ gering, jedoch müssen zusätzlich Kosten zur Sicherstellung der Betriebssicherheit sowie Folgekosten durch Vandalismus mitberücksichtigt werden. Eine Ampel zeigt an, ob gerade ein Fahrzeug geladen wird (rot) oder ob die Ladestation frei ist (grün).

Mode 3
Bei diesem Modus wird eine Wechselstrom Schnellladung mit bis zu 250 A verwendet. Heutzutage wird meist schon bei einer Ladeleistung von rund 22 kW von Schnellladung gesprochen, hierfür müssen spezielle Ladestecker sowie ein, wie oben bereits beschriebener, control pilot verwendet werden. Dieser kann zusätzlich die Strombelastbarkeit und den Stromfluss der Ladestation steuern sowie die Verbindung zwischen Stecker und Fahrzeug verriegeln. Die Normalladung benötigt durch ihre relativ niedrige Ladeleistung zwischen 3 und 16 Stunden, je nach Netzanschluss, bis die Batterie vollständig geladen ist. Zum Beispiel spricht man bei einer Ladeleistung von 3,7 kW (230 V, 16 A, einphasig), bei einer Batteriekapazität von 30 kWh von einer Ladezeit von 8 bis 10 Stunden. Somit könnte man sagen, die Schnellladung ist eindeutig vorzuziehen, da somit Ladezeiten eingespart werden können. Jedoch muss bedacht werden, dass diese Ladeart die Lebenszeit einer Batterie reduziert. Durch die Nutzung hoher Ladeleistungen entsteht eine starke Wärmeentwicklung. Um das volle Potential der Schnellladung zu nutzen, sind anspruchsvolle Kühlsysteme und Fahrzeuge mit kompatiblen Batterieschnittstellen notwendig. Fahrzeuge werden daher heute von mehreren Digitalmodulen (Steuergeräten) gesteuert, die durch Bussysteme miteinander koordiniert werden und kommunizieren. Diese Technologie könnte beispielsweise bei Taxis Anwendung finden, da lange Standzeiten in diesem Bereich mit hohen Umsatzeinbußen verbunden wären. Bei diesem Lösungsansatz wird das Fahrzeug mit einer speziellen „On Board Unit“ (OBU) oder mit einem modifiziertem Steuergerät (Elektronic Control Unit (ECU)) ausgestattet, über die das Fahrzeug mit anderen Fahrzeugen (Car-to-Car) oder mit einem Dienstanbieter (Car-to-Infrastructure) kommunizieren und Daten austauschen kann.

ISO 15118
Die Ladestationen senden und empfangen beim Energietransfer große Datenmengen (Bezahlungsdaten, Kundendaten und Messwerte) zwischen Elektrofahrzeug und Provider. Bei der Datensicherheit müssen die Abrechnungsdaten signiert und verschlüsselt übertragen werden. Ladesäulen dienen somit auch als Schnittstelle für Datenaustausch zwischen Elektrofahrzeug und Smart Grid. Die ISO 15118 nutzt das TLS-Protokoll (Transport Layer Security). Die Ladesäule muss sich als vertrauenswürdig ausweisen. Danach werden beide Partner über eine vertrauliche Sitzung (sichere Verbindung) Daten austauschen. Diese Lösung ist bereits aus dem Homebankingbereich bekannt. Bei der Absicherung von Elektromobilität und Smart Grid müssen zuverlässige und funktionierende Verfahren verwendet werden, um das Vertrauen der Nutzer zu gewinnen. Durch Elektromobilität entstehen viele Chancen die genutzt werden müssen. Die Elektromobilität ermöglicht beispielsweise die Reduktion des CO 2 -Ausstoßes im Verkehr und minimiert die Energieimportabhängigkeit. Diese positive Eigenschaft der e-Mobility sollte weiter ausgebaut werden.

Ausblick: Somit ist der Elektrofahrzeugverkehr, neben der bereits berücksichtigten Energiekonzeption, als Teil der kommunalen Siedlungs-, Stadt- und Verkehrsplanung zu betrachten. Dabei findet ein Wandel des städtischen Verkehrsteilnehmers vom Mobilitätsbesitzer zum Mobilitätsnutzer statt. Exemplarisch ist innerstädtisches Parken meist nicht günstig. Es müssten unterstützende Kombinationen geschaffen werden, welche Parkgebühren und Stromkosten verbinden. Des Weiteren könnten Ladestromkonzepte mit einer monatlichen Grundgebühr eine hilfreiche Möglichkeit darstellen. Tendenziell können all diese Punkte Hindernisse für eine Integration darstellen, zum einen schrumpft der Markt stetig, was vor allem auf den Gesellschaftsstrukturwandel sowie das sich wandelnde Statusdenken der heutigen Gesellschaft zurückzuführen ist. Zum anderen steigen die Anforderungen an die Mobilitätsprodukte und -dienstleistungen. Aus technischer Sicht ist die Technologie schon heute für den Endverbraucher ausreichend weit entwickelt.

Netzausbau

Verteilnetze sind von der Energiewende in besonderem Masse betroffen, da die Einspeisung von Strom aus Wind und Sonne zum Grossteil dezentral in der Nieder- und Mittelspannungsebene erfolgt. Durch die hohen installierten Leistungen der Erneuerbaren können in den hauptsächlich auf einen unidirektionalen Leistungsfluss von der Hochspannungsebene zum Verbraucher ausgelegten Netzen neue und oft auch höhere Belastungen auftreten. Durch den Erneuerbaren-Zubau bedingter Netzausbaubedarf wird nicht überall zu vermeiden sein, kann aber stellenweise schon durch vergleichsweise kleine Eingriffe in den Netzbetrieb verhindert oder verzögert werden, was die Gesamtkosten senkt. Strategien zum Lastmanagement (Demand Side Management, DSM), die das Netz entlasten können, können dabei eventuell davon profitieren, auf eine grössere Anzahl Elektrofahrzeuge als steuerbare Lasten zurückgreifen zu können. Es wird davon ausgegangen, dass Elektrofahrzeuge zunächst vor allem in vorstädtischen Niederspannungsnetzen angeschlossen werden. Dies liegt vor allem daran, dass Elektrofahrzeuge in den kommenden Jahren aufgrund der begrenzten Akkukapazität insbesondere auf Kurz- bis Mittelstrecken eingesetzt werden. Eine grosse Zielgruppe stellen daher im vorstädtischen Bereich wohnhafte Berufspendler dar. Vorstädtische Niederspannungsnetze sind meist Strahlennetze oder offen betriebene Ringnetze (im Betrieb unterscheiden sich die beiden Versionen nicht) und bereits relativ stark ausgelastet. Diese Netze zeichnen sich durch einen von Haushalten geprägten Lastgang und einer von PV dominierten EE-Einspeisung aus. Photovoltaikanlagen sind in Deutschland zum grössten Teil als dachmontierte Kleinanlagen (1–100 kWp) in Privatbesitz ausgeführt, die an das Niederspannungsnetz angeschlossen sind. Grössere PVAnlagen, wie beispielsweise Dachanlagen grösserer Industriebetriebe und geschäftlich genutzter Gebäude oder Freiflächenanlagen (Solarparks), können auch an das Mittelspannungsnetz angeschlossen werden. Biogas-Blockheizkraftwerke sind in der Regel mit dem Mittelspannungsnetz verbunden, grössere Biomassekraftwerke, die beispielsweise mit Holzhackschnitzeln befeuert werden, auch mit dem 110kV-Netz. Positive Effekte in den Verteilnetzen sind bei an den Börsenpreis oder die Erneuerbaren-Einspeisung gekoppelten Ladestrategien nicht grundsätzlich zu erwarten, da diese nicht unbedingt eine Ladung mit lokal verfügbarem EE-Strom garantieren. Gerade für die Niederspannungsnetze kann eine solche Kopplung kontraproduktiv sein, da zum Beispiel gerade billig verfügbarer Windstrom zu einem verstärkten Laden während der Abendlastspitze führen kann, wodurch lokale Überlastungen entstehen.

Die Herausforderungen, die durch den steigenden Anteil an Erzeugungsanlagen in den Verteilnetzen entstehen, sind vielfältig und von Spannungsebene und Netztopologie abhängig. Die meisten Probleme entstehen in Nieder- und Mittelspannungsnetzen, die ursprünglich als reine Verbrauchernetze ausgelegt sind, während die 110-kV-Netze, in die auch vor dem Aufkommen der erneuerbaren Energien schon Kraftwerke einspeisten, weitgehend unproblematisch sind. Vor allem ländliche Verteilnetze sind von durch Einspeisung bedingten Problemen betroffen, da der Grossteil der erneuerbaren Erzeuger dort installiert sind, während die Last eher niedrig ist und die Netze dementsprechend schwächer ausgelegt sind als im städtischen Bereich. Blindleistungseinspeisung (kapazitives Verhalten) stützt die Spannung, während Blindleistungsbezug (induktives Verhalten) sie senkt. Die Umrichter moderner PV- und Windkraftanlagen können so eingestellt werden, dass bei Wirkleistungseinspeisung gleichzeitig Blindleistung bezogen wird, die Anlagen sich also induktiv verhalten und der durch die Wirkleistung bedingten Spannungsanhebung entgegen wirken. Elektrofahrzeuge können unter bestimmten Umständen auf verschiedene Art und Weise zur Netzstabilisierung beitragen. Zunächst stellen sie aber lediglich einen Zuwachs der Last dar, der bei ungesteuerter Ladung auch noch grösstenteils zu Zeit der abendlichen Spitzenlast ans Netz geht. Hier stellt sich die Frage, ab welchem Anteil ungesteuert ladende Elektrofahrzeuge zur Verschärfung der Problematiken beitragen, also das Netz aufgrund der höheren Last und der stärkeren Lastfluktuation ausgebaut werden muss. Am Hausanschluss kann mit 2–3,7 kW einphasig oder bis zu 11 kW dreiphasig geladen werden, was für eine nächtliche Ladung der momentan üblichen 20-kWh-Akkus ausreichend ist. Mit steigender Akkukapazität können höhere Ladeleistungen aber sinnvoll werden, mit entsprechendem Anschlussausbau können 44 kW pro Hausanschluss erreicht werden. Ab etwa 7 kW Ladeleistung bewirkt eine weitere Erhöhung der Ladeleistung allerdings nur noch einen geringen Anstieg der Spitzenlast, da durch die kürzeren Ladezeiten bei hoher Leistung die Gleichzeitigkeit der Ladevorgänge niedriger ist.

Das deutsche Elektrizitätsversorgungssystem besteht aus den Übertragungsnetzen der Höchstspannungsebene (220 und 380 kV) und den Verteilnetzen. Diese bestehen aus Verteilnetzen auf Hochspannungsebene (110 kV), Mittelspannungsnetzen mit 10 und 20 kV und den Niederspannungsortsnetzen mit 0,4 kV. Mittelspannungsnetze sind üblicherweise nicht vermascht, sondern als Strahlen- oder Ringnetze ausgeführt. Niederspannungsnetze werden über Ortsnetztransformatoren mit einer Nennscheinleistung zwischen 50 kVA und 800 kVA und einem festen Übersetzungsverhältnis gespeist. Nieder- und Mittelspannungsnetze sowie ein Teil der 110-kV-Netze sind für einen unidirektionalen Leistungsfluss von den Erzeugern in der Hoch- und Höchstspannungsebene zu den Verbrauchern in der Niederspannung ausgelegt. Im klassischen Energieversorgungssystem speisen grosse Kraftwerke hauptsächlich auf Hoch- und Höchstspannungsebene ein. Die Übertragungsnetze und ein Teil der 110-kV-Netze, die teilweise auch als regionale Übertragungsnetze fungieren, transportieren die Energie in die Nähe der Verbraucher. Die Verteilnetze verteilen die elektrische Energie dann an die Endverbraucher, wobei die 110-kV-Netze für die regionale Grobverteilung sorgen und Mittelspannungsnetze mit 20 kV ländliche Gebiete versorgen. Im städtischen Bereich ist die Mittelspannungsebene in der Regel mit 10 kV ausgeführt. Von den Mittelspannungsnetzen gehen dann über Trafos die einzelnen Ortsnetze mit 400 V ab, die einzelne Dörfer und Strassenzüge versorgen. Entsprechend gibt es Strahlen-, Ring- und Maschennetze, die im ländlichen Bereich meist als Freileitungen, in Ballungsgebieten aber auch verkabelt ausgeführt sind. Die Spannung wird über Stelltransformatoren und Beeinflussung der Blindleistungsbilanz, oft durch die angeschlossenen Kraftwerke, geregelt. Ein Teil der Grosskraftwerke und einige grosse Windparks speisen direkt in die 110-kV-Ebene ein.

Neben Netzausbau und Abregelung kann auch verstärkt lokale Abnahme des erzeugten Stromes thermische Überlastungen vermeiden. Dies kann entweder durch steuerbare Lasten (Demand Side Management) oder, besonders bei PV-Anlagen, durch Eigenverbrauchsspeicher geschehen. Eigenverbrauchsspeicher müssen, um zur Netzentlastung beizutragen, jedoch netzoptimiert geladen werden. Eine Auslegung der Ladesteuerung auf eine Maximierung des Eigenanteils hätte zur Folge, dass der Ladevorgang direkt mit Beginn der PV-Einspeisung beginnt und der Speicher zum Zeitpunkt der höchsten Einspeisung bereits komplett geladen ist. Ein Einsatz des Speichers zur Spitzenkappung mit Ladung zur Mittagszeit kann das Netz hingegen deutlich entlasten, zum Preis einer eventuell niedrigeren Speicherauslastung. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit die Akkumulatoren der Fahrzeuge gesteuert zu laden und daher diese als steuerbare Lasten zu verwenden. Diese steuerbaren Lasten können beispielsweise dazu genutzt werden, lokal überschüssigen PV-Strom aufzunehmen, um thermische Überlastungen und Spannungsprobleme zu vermeiden. Darüber hinaus wäre es auch technisch möglich, einen Vehicle-togrid-Betrieb zu realisieren, bei dem die Fahrakkus zu Spitzenlastzeiten oder zur Bereitstellung von Regelleistung ins Netz zurück speisen können. Damit erfüllen sie neben der Funktion als Fahrakku auch die als Netzspeicher zum Ausgleich von Fluktuationen in der Einspeisung erneuerbarer Energien. Ebenso können auch die Umrichter, die die Fahrakkus speisen, Blindleistung beziehen oder bereitstellen und damit die Spannung regeln. In Hinblick auf den Klimaschutz ergibt der Einsatz von Elektrofahrzeugen vor allem dann Sinn, wenn deren Strombedarf bilanziell vor allem durch erneuerbare Energien gedeckt wird.

Werden Elektrofahrzeuge ungesteuert geladen, so führt dies sowohl lokal (thermische Überlastung der Leitungen, Spannungsabweichungen) als auch global (Erhöhung der systemweiten Spitzenlast) durch das Zusammenfallen mit der abendlichen Spitzenlast zu Problemen. In vorstädtischen Niederspannungsnetzen kann beispielsweise durch den Anschluss eines Elektrofahrzeuges in jedem fünften Haushalt die maximale Netzlast um 50 Prozent steigen, was bei schwach ausgelegten Netzen schon zu Überlastungen von Leitungen und Transformatoren führen kann. Das Ausmass der Lasterhöhung ist sowohl von der Anzahl der Elektrofahrzeuge als auch von der Ladeleistung abhängig. Ab etwa 7 kW Ladeleistung bewirkt eine weitere Erhöhung der Ladeleistung allerdings nur noch einen geringen Anstieg der Spitzenlast, da durch die kürzeren Ladezeiten bei hoher Leistung die Gleichzeitigkeit der Ladevorgänge niedriger ist. Dieser Effekt ist jedoch auch von der steigenden Akkukapazität abhängig. Thermische Überlastungen können zum grössten Teil durch intelligente Ladestrategien gelöst werden, in den untersuchten Projekten konnte bei Verwendung solcher Strategien in der Regel jeder Haushalt mit einem Elektrofahrzeug ausgestattet werden, ohne lokale Netzüberlastungen zu verursachen. Allerdings entstehen eventuell zusätzliche Konflikte. Die Lösung globaler Problematiken (Ausgleich von EE-Erzeugung und Verbrauch) kann lokale Probleme (Netzüberlastung) verschärfen, und umgekehrt. Während PV-Einspeisung tagsüber zu Erhöhung der Spannung im Niederspannungsnetz über den zulässigen Wert von 1.1 p.u führen kann, kann die zusätzliche Last durch ladende Elektrofahrzeuge zu anderen Tageszeiten zur Unterschreitung der minimalen zulässigen Spannung von 0.9 p.u. führen. Diese Problematik kann durch Blindleistungsregelung der Erzeuger und der Elektrofahrzeuge grundsätzlich auch ohne intelligente Ladestrategie reduziert werden. Dabei wird vom zur Ladung benötigten Umrichter Blindleistung bereitgestellt oder bezogen und so die Spannung beeinflusst. Dies ist auch unabhängig vom Wirkleistungsbezug möglich, womit eine solche Funktionalität auch zum Ausgleich nicht durch das Elektrofahrzeug selbst bedingter Spannungsabweichungen genutzt werden kann. Bei herkömmlichen AC-Ladestationen ist der Umrichter im Fahrzeug selbst verbaut, womit er nur zur Spannungsregelung genutzt werden kann, wenn das Fahrzeug sich an der Ladestation befindet. DC-Ladestationen haben einen eigenen Umrichter und können somit unabhängig von der Verfügbarkeit der Elektrofahrzeuge zur Spannungshaltung genutzt werden. Diese ist jedoch durch intelligente Ladestrategien und Netzregelung durch die Ladestationen in den Griff zu bekommen und steht somit zumindest dem ErneuerbarenAusbau nicht im Weg. Allerdings ist bei der Wahl der Ladestrategie die Zielsetzung zu beachten und abzuwägen, wann und wo Netzausbau akzeptabel bzw. unvermeidbar ist, damit Netzprobleme nicht lediglich auf die nächst höhere (oder niedrigere) Spannungsebene verlagert werden.

Hausanschlüsse können ein- oder dreiphasig ausgeführt werden. Einphasig ist die Ladeleistung in der Regel auf 3,7 kW limitiert , was bei einer derzeit durchschnittlichen Akkukapazität von 20 kWh zu einer Ladedauer bis zu 5 Stunden führt und diese Anschlussart somit vor allem für die nächtliche Ladung von Privatfahrzeugen geeignet macht. Dreiphasig kann eine Ladeleistung von 11 kW realisiert werden, wodurch die Ladung des Fahrakkus in unter 2 Stunden möglich wird. Höhere Ladeleistungen sind theoretisch ebenfalls möglich, erfordern aber eine Verstärkung der vorhandenen, für die Nutzung durch den Haushalt (max. 3,7 / 11 kW) ausgelegten Hausanschlüsse und deren Schutzsysteme. Eine Ladeleistung von 22 kW, mit der der Fahrakku in weniger als einer Stunde geladen werden kann, kann oft mit wenigen Anpassungen erreicht werden. Höhere Ladeleistungen werden in Zukunft neben der Möglichkeit zur Schnellladung insofern an Bedeutung gewinnen, als dass auch die Akkukapazitäten der Fahrzeuge steigen werden. Die gleichen Limitierungen gelten für einzelne öffentliche Ladesäulen, die beispielsweise in Parkzonen an das Niederspannungsnetz angeschlossen sind. Darüber hinaus wäre es aber möglich, mit direkt an das Mittelspannungsnetz angeschlossenen Schnellladestationen deutlich höhere Leistungen zu erzielen, mit denen ein Fahrakku innerhalb weniger Minuten geladen werden kann. Werden Ladesäulen in Parkzonen, beispielsweise in Parkhäusern oder am Arbeitsplatz, so gepoolt, dass ein eigenes Niederspannungsnetz dafür installiert werden muss, sie also quasi direkt an die Mittelspannung angeschlossen sind, lassen sich ebenfalls höhere Ladeleistungen erzielen. Während Hausanschlüsse in der Regel mit der vorhandenen Infrastruktur betrieben werden, ist gerade bei Schnellladestationen oder grösseren Ansammlungen von Ladesäulen der Neubau von Netzen meist notwendig.

Neben der unterschiedlichen Leistung der Anschlüsse wird derzeit die Unterscheidung zwischen ACund DC-Ladung diskutiert. Die Bezeichnung ist an sich unpräzise, da die Fahrakkus bei beiden an ein Wechselstromnetz angeschlossen werden und der Ladestrom dann gleichgerichtet wird. Der Unterschied besteht in der Installation des Umrichters. Bei den heutzutage vorherrschenden ACVerfahren ist er im Fahrzeug selbst installiert, während sogenannte DC-Ladestationen selbst über einen Umrichter verfügen. Die Kosten des Umrichters werden vom Fahrzeug auf die Ladestation verschoben, was bei Heiminstallationen keinen Unterschied macht, bei einem flächendeckenden öffentlichen Netz an Ladestationen jedoch sinnvoll sein könnte. Der Vorteil dabei ist die hohe Nutzerakzeptanz und gute Planbarkeit, das Fahrzeug ist nach einer definierten Zeit fertig geladen und verfügbar. Allerdings fällt aufgrund der Tatsache, dass die meisten Fahrzeuge gegen Abend wieder an ihrem Standort ankommen und dort geladen werden, der grösste Teil der Ladeleistung in die frühen Abendstunden und damit in eine Spitzenlastzeit. Übergeordnete Problematiken („Kohleauto“, Engpässe im Übertragungsnetz) werden aber nicht beachtet. Je nach Anteil, Lokalisierung und Ladestrategie haben Elektrofahrzeuge sowohl das Potential, durch die Einspeisung erneuerbarer Energien verursachte Netzprobleme zu verhindern, als auch diese zu verschärfen oder neue Probleme zu verursachen. Generell wird bei grösseren Netzen, ohne Elektrofahrzeuge, von einer geringeren Gleichzeitigkeit des Verbrauchs ausgegangen.

Da intelligente Ladeinfrastruktur oft ohnehin notwendig werden wird, um hohe Anteile an Elektrofahrzeugen in die Netze integrieren zu können, können die entsprechend ausgerichteten Fahrzeuge unter bestimmten Umständen auch einen Beitrag zur Integration von erneuerbaren Energien in die Verteilnetze leisten. Dabei stellt sich allerdings die Frage, ab welchem Anteil an Elektrofahrzeugen entsprechende Effekte erzielt werden können, und ab welchem Anteil die Lade- und Blindleistungssteuerung schon allein durch das Management der Ladevorgänge komplett ausgelastet ist. Verteilnetze sind von der Energiewende in besonderem Masse betroffen, da die Einspeisung von Strom aus Wind und Sonne zum Grossteil dezentral in der Nieder- und Mittelspannungsebene erfolgt. Dies führt oft zur Verletzung von Betriebsgrenzen durch zu hohe Lastflüsse oder abweichende Spannung, und damit zu Ausbaubedarf in den hauptsächlich auf einen unidirektionalen Leistungsfluss von der Hochspannungsebene zum Verbraucher ausgelegten Netzen.

Ladeverluste

Ehrlich gesagt: an meinen allerersten fahrbaren Untersatz kann ich mich nicht erinnern, ich war schlichtweg zu jung. Dafür habe ich all jene Autos vor Augen, die mein Leben nach der Führerscheinprüfung prägen sollten. Die Liste der Verbrenner, die ich als Jugendlicher toll fand, wird von meinen Kindern längst mit einem müden Lächeln quittiert. Wer heute ein E-Auto kauft, will damit auch Geld sparen und nicht im Auto-Quartett mit Zylindern trumpfen. Doch jetzt gilt es ein spezielles Elektrizitäts-Phänomen nicht zu vergessen: eine falsche Tankstrategie kann sonst teuer werden. Ich bin wieder völlig Feuer und Flamme oder genauer komplett elektrisiert und mir wird klar, der Verbrauch eines Verbrenners lässt sich relativ leicht ermitteln. Denn während an der Zapfzäule meist der gesammte Kraftstoff im Tank landet, geht beim Stromladen einiges an Energie verloren. Wer bewusst lädt, kann die Einbussen allerdings gering halten..... ganz vermeiden lassen sich Ladeverlust beim Elektroauto nicht. Der Strom aus der Steckdose kommt nie komplett in der Batterie an, sondern geht beispielsweise durch den elektrischen Widerstand in Kabeln und Leitungen als Wärme verloren. Die Faktoren, die dabei eine Rolle spielen, sind vielfältig: zu ihnen zählen etwa Kabeldurchmesser, die Temperatur, der Akkufüllstand oder die abgerufene Ladeleistung. Eine Schnellladung mit grosser Leistung über wenige Minuten beispielsweise ist in der Regel weniger effizient als das langsame Laden über mehrere Stunden. Auch der Lademodus spielt eine Rolle. An der Haushaltssteckdose etwa fallen in der Regel die höchere Verluste an, als an einer Wallbox.

Als Teenager tauchte ich mit Hilfe meiner Freunde in die Erwachsenen Welt der Motoren ein und begann mich für die deutschen Sportwagen, sowie Rennboliden zu begeistern. Die Exklusivität und Unerreichbarkeit der Marken stieg enorm. Ganz anders die heutige Demokratisierung als Mobilität für alle mit übergreifenden Baugruppen und absolut dezentem Auftreten. Weniger Gewicht, neue Materialien bedeutet mehr Agilität und dann fallen, je nach Ladesituation die Ladeverluste durchaus weniger ins Gewicht; sie liegen sonst bei bis zu 20 Prozent. Aus E-Autofahrersicht ist das zumindestens ärgerlich, muss der verlorene Strom doch in der Regel bezahlt werden, obwohl er nicht nutzbar ist. So weist beispielsweise der Smart EQ ForTwo den Normverbrauch mit 14,5 kWh aus, wenn dieser an einer 22 kW-Wallbox geladen wird. Stöpselt man das gleiche Modell an einer einfachen Haushaltssteckdose ein, steigt der angegebene Wert auf 20,1 kWh. Die Differenz von 5,6 kWh kosten bei üblichen Autostrompreisen knapp 1,70 Euro auf 100 Kilometer. Ich wundere mich heute noch, wie ich mein Hobby finanziert habe. Ich weiss nur noch, dass ich mein komplettes Taschengeld in Spritsäufer und Tuning steckte. Internet gab es in meiner Kindheit nicht, im Fernsehn liefen nur drei Programme: die Vielfalt und den Design Wettbewerb der asiatischen Autobauer konnte ich noch nicht erträumen. Mindestens diese Autohersteller arbeiten beim Stromverbrauch absolut transparent. Von deutschen Herstellern wird lediglich einer der Werte angegeben, in der Regel wohl der bessere. Wer die Autostromkosten trotzdem im Blick halten möchte, kann die Ladeverluste durch den Einbau eines Stromzählers an der heimischen Ladesäule ermitteln. Dieser gibt an, wie viel Strom tatsächlich aus der Leitung geflossen ist. Der Wert lässt sich dann mit den Angaben des Bordcomputers, der lediglich den im Auto verbrauchten Strom misst, in Beziehung setzen. So kann man nebenbei auch (s)ein detailliertes Verbrauchsprofil ermitteln, das auch bei der Wahl eines möglichst günstigen Stromtarifs hilft. Wer Ladeverluste nicht bezahlen möchte, kann auch öffentliche Ladepunbkte wählen, die häufig (noch) nicht nach verbrauchten Kilowattstunden, sondern nach Zeit oder über eine Pauschale abrechnen. Am besten ist ohnehin das Opportunity Charging.... an unseren Countdown Ladepunkten. Wir sind ein Full Service Provider im Bereich Elektromobilität und stehen für eine neue Generation intelligenter Ladelösungen.

Mehrwert durch MVP

Viel besser, als gar nicht so schlecht: wenn Unternehmen, die vor der Herausforderung eines neuen Digital Projektes stehen, sich mit diversen Vorgehensweisen, Projektmethoden befassen anstatt einfach drauf los zu entwickeln. Wer noch nie etwas gehört hat von: Unzufriedenheit und teures Scheitern als Folge von der falschen Herangehensweise und Methodik. Mit dem Ansatz des MVP, kann dies verhindert werden. Dabei kann eine MVP-Strategie sowohl jungen Start-Ups, also auch gestanden Unternehmen bei der Produktentwicklung helfen.

Und was ist ein MVP-Ansatz? MVP steht für Minimum Viable Product, was wörtlich übersetzt dem „minimal überlebensfähigen Produkt“ entspricht. Hin und wieder – so auch bei Ladefoxx – finden sich Abwandlungen wie zum Beispiel beim Countdwon Ladepunkt namens Aachen. Auf Ladefoxx bzw. Entwicklungs-Projekte bezogen, ist ein MVP damit ein pragmatisch komplexitätsreduziertes Produkt, dass es ermöglicht schnell an den Markt zu gehen, das Feedback von Kunden frühzeitig zu integrieren und das Produkt iterativ weiterzuentwickeln. Ein MVP ist somit ein dynamisches Produkt, was ein entsprechendes Vorgehensmodell und ein agiles Projektverständnis voraussetzen. Im MVP-Vorgehen werden Anforderungen spezifiziert, objektiv priorisiert und pragmatisch in Phasen realisiert.

So umfangreich wie nötig, so simpel wie möglich: Ladefoxx Projekte im Speziellen sind insbesondere bei der Integration in eine bestehende Systemlandschaft (Abrechnung, Lastmanagement) und der funktionalen Erweiterung (Ladepark Konzepte) komplex. Aus der technischen, organisatorischen und kaufmännischen Unsicherheit heraus, versuchte man ehemals in isoliert erstellten, fixierten Lastenheften und Wasserfallmodellen, das Projekt durch intensive Vorab-Planung erfolgreich zu gestalten. Die Realität jedoch zeigte, dass dieses tradierte Vorgehen regelmässig scheitert, da selbst eine perfekte Planung nicht auf die extrem dynamische Umwelt (insbesondere auch Kundenanforderungen) und die daraus resultierenden, wechselnden Anforderungen ausgelegt ist. Diese Dynamik ist übrigens nicht nur in Neuentwicklungs-Projekten zu finden, sondern durchaus auch in kleineren Warengruppen-Segmenten. Oft sind die Anforderungen zwar klar umrissen und der vermeintlich passende Dienstleister schnell gefunden, aber dann fängt das Projekt an sich ungut anzufühlen. Eine Menge Themen poppen auf einem tieferen Detaillevel auf (Modul-Integration, Schnittstellen-Architektur, Abstimmungen mit Drittdienstleistern, Prozessabweichungen im Einspielen von Contents & Daten und vieles mehr) und führen zu Mehraufwänden, einer verschobenen Timeline und im schlimmsten Fall zu finaler Frustration und dem Projektabbruch (Einstellung, Aufgabe einer Produktidee).

Was sind nun Ihre Vorteile unseres MVP-Ansatzes? Unser Ansatz zur Produkt-Variation ist schnell, kostengünstig und reduziert das Risiko durch saubere Priorisierung der Anforderungen und deren pragmatische Umsetzung. Auf Ladefoxx Ladeparks bezogen bedeutet das MVP-Vorgehen, die grafischen und technischen Anforderungen sauber auf User Story Ebene mit Mock-Ups und Akzeptanzkriterien zu spezifizieren, gemeinsam zu priorisieren und mit dem Betreiber-Funktionsumfang und dessen Konfigurationsmöglichkeiten abzugleichen und dann einen gemeinsamen MVP zu verabschieden, umzusetzen und in weiteren MVPs auszubauen. Denn ein MVP ist immer nur der erste Schritt, die Basis für eine wohlüberlegte Weiterentwicklung Ihrer individuellen Lösung. Übrigens ist die neue MVP-Umsetzung auch mit Kostendeckel möglich – dem vermeintlich grössten augenscheinlichen Vorteil der Lastenheft-Wasserfall Methode – wenn die Anforderungen gemeinsam mit dem umsetzenden Dritten hinreichend aufbereitet wurden!

Fazit: Wer sich für Ladefoxx Infrastruktur entscheidet, ist gut beraten dem MVP-Ansatz zu folgen. Wir bieten Ihnen dadurch einen offenen, funktionalen Standard oft vergleichbar gute Lösungswege für Anforderungen aber nicht zu 100% gemäss den Erwartungen. MVP bei Ladefoxx bedeutet also die Anforderungen gemeinsam mit dem Umsetzer sauber zu dokumentieren und mit dem Funktionsset abzugleichen und zu konfigurieren. Das führt zu deutlich mehr erfolgreichen Projekten mit vergleichsweise schnellem ROI, ohne für Sie als Kunden nicht entscheidende „Sonderlocken“ in Individualentwicklungen, abweichend vom Funktionsset vor GoLive alternativ umzusetzen. Erweiterungen können sauber konzipiert und iterativ umgesetzt werden, ohne unnötige Abhängigkeiten und Komplexitäten in den Ladefoxx-Service Kern hinein zu bauen. Findig gut!

 

Sektorenkopplung

Laden. Planen. Spass haben! Elektromobilität ist viel mehr als nur ein neues Auto: es ist die mobile Zukunft. Immer mehr Strom in Deutschland ist dabei Ökostrom. So produzieren Wind-, Solar-, Biomasse- und Windkraftwerke zusammen über 40 Prozent der gesamten öffentlichen Netto-Stromerzeugung. So können wir unser Elektrofahrzeug bequem zuhause und über Nacht aufladen und jeden Morgen ein vollgetanktes E-Fahrzeug vor der Tür stehen haben. Besonders beeindruckend sind die Zahlen der deutschen PV-Anlagen. Sie speisten allein im letzten Jahr rund 48 TWh ins Stromnetz ein und liegen in der monatlichen Stromerzeugung von April bis August höher als jene der Steinkohlekraftwerke. Klar, dass die meisten Menschen deshalb mit dem Schlagwort Energiewende nur Strom aus Wind- und Sonnenkraft assoziieren. Den grössten Teil dieser Energie benötigen wir für die Wärmeerzeugung und für unsere Mobilität. Soll die Energiewende gelingen, müssen wir aber in allen Sektoren konsequent auf erneuerbare Energien umstellen. Gelingt das, spricht man von Sektorenkopplung.

Ein Beispiel: eine PV-Anlage erntet Sonnenenergie. Während diese bisher lediglich in Strom umgewandelt wurde, sorgt die Sektorenkopplung nun dafür, dass aus der Sonnenenergie auch Wärme für das Haus werden kann. Und wenn dann der PV-Strom auch noch Energie für das E-Auto bereitstellt, dann ist die Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität geglückt. Anders als beim Tankvorgang von Verbrennern, werden Elektrofahrzeuge je nach Ladestation und Fahrzeug unterschiedlich schnell geladen. Benzin- und Dieselmotoren sind im Vergleich nicht nur Dreck-, sondern vor allem Energieschleudern. Mit einem Wirkungsgrad von maximal 45 Prozent produzieren sie sprichwörtlich viel heisse Luft. Für die E-Ladung auf der anderen Seite ist grundsätzlich ein Ladegerät nötig, welches den Wechselstrom (AC) aus dem europäischen Dreiphasen-Wechselstromnetz in Gleichstrom (DC) für die Batteriezellen umwandelt. Dieses Ladegerät kann sowohl im E-Fahrzeug als auch in der Ladestation verbaut sein. Dies ist der wesentliche Unterschied zwischen normalen AC-Ladepunkten und DC-Schnell-Ladesäulen. Neben dem Ladegerät ist die maximal mögliche Ladeleistung vom aktuellen Ladezustand (SOC) der Batterie abhängig. In den Randbereich meist unterhalb von 20% und oberhalb von 80% wird die Leistung gedrosselt, um die Batteriezellen zu schonen. Die Kapazität eines Akkupacks wird zudem von der schlechtesten Zelle bestimmt. Da sich während der Fahrt aufgrund von Produktions-Ungenauigkeiten einige Zellen schneller bzw. tiefer entladen als andere, führen die hochentwickelten Batteriemanagementsysteme in Elektrofahrzeugen zum Ende des Ladevorgangs ein sogenanntes Balancing durch. Wird ein realistischer Stromverbrauch von 16 kWh pro 100 km zugrunde gelegt, können Ladeleistungen in die mögliche Reichweitenerhöhung in km pro Stunde (Ladezeit) umgerechnet werden. Das Gewicht des Fahrzeugs spielt dabei ebenso eine Rolle, wie die Aerodynamik. Die zur Zeit angebotene Akkuleistung reicht von 17,6 kWh (Smart) bis zu 100 kWh (Tesla). Als Faustregel gilt: Je höher die Akkukapazität ist, desto weiter kommt man. Der Luftwiderstand nimmt allerdings mit steigender Geschwindigkeit im Quadrat zu. Er ist bei doppelter Geschwindigkeit also nicht ebenfalls doppelt so gross, sondern beträgt das Vierfache. Wie weit man mit einer Akku-Ladung kommt, hängt daher auch entscheidend davon ab, wieviel Strom die Sitzheizung oder die Klimaanlage saugt. Wenn die Bedeutung des eigenen Fahrzeugs bei jungen Menschen weiter abnimmt, wenn Car-Sharing und autonomes Fahren mit moderat kleinen elektrischen Hochvolt-Speichern hinzukommen, gewinnt man an heuten 50 kW Stationen in 15 Minuten etwa 80 km Reichweite hinzu. Die mobile Zukunft wird dadurch jeden Tag ein Stück greifbarer.