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.

 

Schnarch Aufladung

Wenn die Sache mit dem Laden nicht wäre: eigentlich hatten wir gedacht uns für den Kona eine 11kw Wallbox anzuschaffen. Die 11-kW-Option entspricht nämlich dem Anschluss an eine 400 Volt-Leitung – wie etwa beim Küchenherd üblich. Waren dann aber sehr enttäuscht, da der Kona nur einphasig mit max 4,6kW laden kann. Da einphasige On-Board-Ladegeräte günstiger sind als dreiphasige Systeme, setzen die Hersteller auf diese Lösung, zumal damit die wichtigsten Märkte bereits abgedeckt werden. Den Aufwand, extra für Mitteleuropa ein dreiphasiges Typ2 Ladegerät anzubieten, wird offenbar aus Kostengründen gescheut und auf die deutlich höhere DC-Ladeoption (CCS Stecker) verwiesen. Dreiphasen-Betankungen sind daher heute eher die Ausnahme als die Regel. Zudem sind in vielen Ländern der Welt Gebäude nicht an ein Drehstromnetz angeschlossen, wie wir es aus beispielsweise aus Deutschland, Frankreich oder Österreich kennen. Statt die Last auf mehrere Phasen zu verteilen, wird einfach die Stromstärke erhöht, um höhere Leistungen zur Verfügung zu stellen. Dazu gehören wichtige Märkte wie die USA, Südkorea, China oder Japan. Die 7,4 kW Ladeleistung ist allerdings auch nur in Ländern ohne Schieflastbegrenzung erlaubt. In Deutschland dürfen mit dieser Ladestation ergo auch nur 4,6 kW gezogen werden, in Österreich und der Schweiz lediglich 3,7 kW. Hierfür wird also auch wieder eine Drehstromsteckdose benötig – mit den damit verbundenen Installationskosten.

Diese Nachteile und extrem lange Ladezeiten treffen aktuell auf folgende E-Fahrzeuge zu:
+ Opel Ampera-e: max. 6,6 kW
+ Nissan Leaf, Nissan e-NV200: max. 6,6 kW
+ Hyundai Kona electric, Ioniq electric: max. 6,6 kW
+ Hyundai Ioniq plug-in: max. 3,7 kW
+ Kia Niro PHEV, Optima PHEV: max. 3,7 kW
+ Kia e-Soul, Soul EV, e-Niro: max. 6,6 kW
+ Mitsubishi Plug-in Hybrid Outlander: max. 3,7 kW
+ Jaguar I-Pace: max. 6,6 kW
+ E.Go Life: 4,6 kW
+ fast alle PHEVs, z.B. von Volvo, Mercedes-Benz, Porsche, BMW, VW, Audi

Eine Haushaltsteckdose (Notlade-Knochen) reicht für das Aufladen von Elektroautos nicht aus, weil sie nicht für langes Laden unter hoher Last ausgelegt ist. Deshalb besteht das Risiko, dass das Stromkabel, der Stecker oder die Steckdose überhitzen, die Sicherung rausspringt und das Auto nicht weiter geladen wird. Im schlimmsten Fall kann es zu einem Kabelbrand kommen. Die Folge: der grosse 60 kWh-Akku des Opel Ampera-e lässt sich zu Hause ergo nicht über Nacht vollladen (2,3 kW Haushaltssteckdose). Deutlich schnellere Ladezeiten an der heimischen Steckdose bietet das dreiphasige Laden, wie es zum Beispiel der elektrische Kleinwagen Renault Zoe ermöglicht. Daneben weisen viele neue Elektroautos beeindruckende Schnellladeleistungen auf. Das ist auch gut so, denn dadurch kann die Ladezeit auf Langstrecken signifikant reduziert werden. Beim Laden zu Hause sieht es jedoch ganz anders aus. Selbst beliebte E-Fahrzeuge, wie der Nissan Leaf oder der Jaguar I-Pace, haben nur ein einphasiges AC-Ladegerät. Da eine Phase eine Spannung von 230V aufweist, liegt die maximale Ladeleistung, mit der die genannten Fahrzeuge in Deutschland laden dürfen, bei 230V x 20A = 4,6 kW. Für Österreich und die Schweiz gilt sogar ein maximaler Einphasenstrom von 16A, was die zulässige Ladeleistung auf 3,7 kW reduziert.

Smart Charging

Das Laden von Elektroautos kann so einfach sein: Autos, die mit Strom fahren, pusten keine schädlichen Abgase in die Luft. Vor allem unsere Innenstädte profitieren davon. Und wenn die Batterie leergefahren ist, wird sie einfach an einem der mehr als 20.500 bundesweit verfügbaren Ladeplätze aufgeladen. Doch ganz so einfach ist es leider nicht. Um Strom zu bekommen, muss sich der Fahrer entweder per App auf seinem Smartphone an der Ladestation anmelden oder mit einer Chip- oder Magnetkarte identifizieren. Da die Stromtankstellen von verschiedenen Versorgern betrieben werden, besitzen viele E-Autofahrer ein ganzes Bündel an Karten für die Ladestationen. Genau genommen ist ISO 15118  keine Technik, sondern ein Standard. Er ermöglicht es, dass die Ladestation auch ohne Karte oder App des Benutzers mit dem E-Auto kommuniziert. Dabei werden über das Ladekabel verschiedene Daten ausgetauscht. Dazu gehören:

+ Welche Batterie geladen wird
+ Wann die Batterie geladen sein muss
+ Ladezustand der Batterie
+ Daten des Stromliefervertrages

Das Ladesteuergerät des E-Autos teilt dazu dem Ladepunkt mit, wieviel Energie der Akku zu welchem Zeitpunkt benötigt. Ein Ladepunkt gemäss gemäss ISO 15118, DIN SPEC 70121, SAE J2847/2 erkennt auch, wann regenerativ erzeugter Strom vorhanden ist, und lädt den Akku erst dann. Vorteil: Die Batterie wird nicht zwangsläufig sofort mit dem maximalen Ladestrom aufgeladen. Das sorgt für Flexibilität im Stromnetz und schont den Akku. Dieser Mechanismus wird in der Norm als Plug’n Charge (PnC) bezeichnet. Neben dem höheren Komfort sprechen auch Sicherheitsaspekte für ISO 15118. Die digitale Kommunikation zwischen E-Auto und Ladesäule erfolgt verschlüsselt durch das Transport-Layer-Securtity-Protokoll (TLS). TLS ist eine 128-Bit-Verschlüsselung, die auch beim Versand von E-Mails eingesetzt wird und eine auf Zertifikaten basierende Authentifizierung voraussetzt. Dabei funktionieren sowohl die sichere Authentifizierung und Autorisierung des Fahrzeugs als auch die intelligente Ladesteuerung vollautomatisch. Um die vollen Vorteile der ISO 15118 zu nutzen, muss dein E-Auto mit der Ladestation kommunizieren können. Dazu sind die oben bereits erwähnten Zertifikate notwendig. Erst wenn die Verbindung zwischen Ladesäule und Fahrzeug steht und alle Daten erfolgreich geprüft wurden, beginnt der Ladeprozess. Dagegen lassen sich Kundenkarten leicht auslesen und sogar kopieren.

Batterien von E-Autos, die über ISO 15118 kommunizieren, lassen sich auch zur Stabilisierung des Stromnetzes nutzen. Sie können überschüssigen regenerativ produzierten Strom aufnehmen und ihn in Zeiten, in denen viel Strom verbraucht wird, wieder ins Stromnetz einspeisen. Der Fahrzeug-Akku dient dann als Pufferspeicher, mit dem sich sogar Geld verdienen lässt: die Energieversorger bezahlen für diese Entlastung des Netzes, die Abrechnung erfolgt auch hier dank ISO 15118 automatisch. Beim sog. bidirektionalen Laden wird so Strom aus der Traktionsbatterie des Autos in das Stromnetz zurückgespeist. Was die Kommunikation betrifft, so setzt ISO 15118 auf Powerline (PLC) und einen TCP/IP-Protokollstack mit dem IP- und dem TCP-Protokoll, alternativ mit dem User Datagram Protocol (UDP). Der weitere wichtige Punkt ist die Intelligenz, die der Ladesäule eingehaucht wird. Die Ladestation agiert als Server und reagiert somit auf Nachrichten des E-Autos. Über ein Ladesteuergerät teilt es mit, wieviel Energie die Batterie benötigt und wann sie benötigt wird. Das Auto muss nicht mehr sofort mit voller Leistung laden. Was im Moment noch Standard ist. Bei der Kommunikation setzt ISO 15118 für Lademodus 3 und 4 deshalb auf Powerline (PLC) und einen TCP/IP-Protokollstack (V2G).

 

Freifahrt durch Tempolimit

Tempolimit. Ein immer wiederkehrendes Thema in Politik, Medien und am Stammtisch. Es soll dazu beitragen, dass Autobahnen sicherer werden und sich Abgase verringern. Das ist sinnvoll, jedoch hoch emotional. Es gibt Experten, die meinen, die Persönlichkeit eines Menschen anhand seines Autos bestimmen zu können. Das ist natürlich Unfug. Sichere Diagnosen liefert erst die Kombination aus Fahrzeugtyp, Felgen, Reifen und Aufklebern. Die Mensch gewordene Motorkutsche mit Sehnsucht nach früher: Handgeklöppelte Speichenfelgen. Gern kombiniert mit wöchentlich polierten Niederquerschnittsreifen, die jeden Kieselstein ungeferdert weitergeben mit Sinnsprüche, wie Tempolimits sind Freiheitsberaubung. Dazu der Jesusfisch, das D-Schild und bis-dass-der-TÜV-uns-scheidet Aufkleber. Manchmal ist es tatsächlich gut, sich auf seine Intuition zu besinnen, bevor man den Dschungel der Sachargumente betritt. Dabei hilft unserem Menschenverstand allerdings oft etwas Grundwissen. Hinsichtlich Benzinverbrauchs und CO2-Ausstoss lässt sich das theoretische Optimum gut ermitteln. Für die meisten Automodelle liegt das Minimum des Spritverbrauchs zwischen 80 und 100 Kilometer pro Stunde. Darunter sinkt der Wirkungsgrad, insbesondere grosser Motoren. Ein VW Golf oder ein Opel Astra schluckten in einem Test der Zeitschrift AutoBild bei Tempo 200 fast das Dreifache ihres Normverbrauchs, daher die Richtgeschwindigkeit von 130 Km/h. Der globale Klimawandel lässt sich allein damit sicher nicht aufhalten. Aber der Beitrag eines Tempolimits wäre über Nacht und ohne grosse Kosten realisierbar, zudem würden auch andere Schadstoff-Emissionen, sowie Lärm reduziert. Es führt zudem langfristig zu einer Änderung im Kaufverhalten und letztlich zur Verschiebung der Angebotspalette der Hersteller in Richtung Emobilität. Wer jedoch mit Tempo 200 die Kontrolle über sein Auto verliert, hat vermutlich keine Gelegenheit mehr, über das andere grosse Argument für ein Tempolimit nachzudenken: die Zahl der Verkehrstoten auf unseren Autobahnen.

Wenn Gesetze und Grenzwerte von der Bevölkerung nicht als Schutz, sondern als Bevormundung verstanden werden - wird es gefährlich. Wovon der sächische Ministerpräsident sprach, waren Tempolimits und Feinstaubwerte. Von Raserei, Lichthupe, Rauch und Staub ist hier die Rede. Es gibt also doch eine tiefen inneren Zusammenhang zwischen dem Streit um Flüchtlinge und den ums Autofahren. Es soll in Deutschland alles so bleiben, wie es ist. Zivilisation aber ist Vernunft und auch ein Kernbestand deutscher Kultur.

Die gute Nachricht: ein Tempolimit auf Autobahnen soll kommen. Die Elektromobilität ist nach den Plänen jedoch davon ausgenommen. Das fordern manche, andere lehnen das ab. Dabei liese sich in diesem Streit leicht ein Kompromiss finden. Der könnte so aussehen: die mentale Strichliste zeigt ohnehin einen deutlichen Überhang so hochpreisiger, wie grosser Nobelkarossen, die ganz ausschliesslich elektrisch angetrieben werden. Ein Tempolimit wird eingeführt und gilt eben nicht für reine Elektrofahrzeuge auf der linken Spur. Damit könnten wir leben, denn die Diesel-Schleicher werden auf den anderen Fahrspuren diszipliniert. Das alles sollte natürlich verknüpft werden mit der Pflicht, PKW-Maut, Fahrzeug- und Kraftstoffsteuern nur für Verbrenner zu erheben. Die Formeln, die zur Berechnung von deren Verbrauch und CO2-Ausstoss benutzt werden, ersparen wir Ihnen an dieser Stelle. So etwas ist natürlich noch abgerundet mit handfesten Vorteile für das E im Kennzeichen.

Kommunen verteilen zusätzliche Sonderrechte, die teils beachtliche Ausmasse annehmen. Das kann kostenloses Parken sein oder sogar die straffeie Benutzung der Busspur. In ländlichen Regionen darf man kostenlos an die E-Zapfsäule fahren, um klimaneutral Pendler und Besucher anzulocken. So gewinnt die Elektromobilität ganz geräuschlos weiter an Fahrt.