Sonne im Tank

Die Bundesregierung will bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen sehen. Um national und international den aufkommenden technischen und kommerziellen Entwicklungen in diesem Bereich gewachsen zu sein, setzt das Pfälzer Unternehmen Walther-Werke auf Erfahrungen in den Bereichen regenerative Energie und E-mobility. Sie stellen auf dem Gelände eines Spezialisten für erneuerbare Energien, juwi in Wörrstadt, Ladesäulen unter Solarcarports zur Betankung von Elektrofahrzeugen zur Verfügung.
Es ist eine Herausforderung für alle Beteiligten im Umfeld der Elektromobilität, die Aktivitäten der unterschiedlichen Branchen zusammenzuführen. Sowohl im Bereich der Elektro- und Energietechnik als auch im Automobilbau gilt es, Erfahrungen zu sammeln. Juwi und den Walther-Werken geht es zudem darum, ein strategisches Vorgehen in Bezug auf Normung und Standardisierung im Bereich Elektromobilität gewährleisten zu können. Auf dem Parkplatz der juwi-Gruppe in Wörrstadt (Rheinland-Pfalz) speisen Carports, die mit Solardächern ausgestattet sind, die solare Energie ins öffentliche Netz. Außerdem wird der Solarstrom an aktuell 14 Ladesäulen verschiedenster Hersteller den Elektrofahrzeugen der Mitarbeiter zur Verfügung gestellt. Die Walther-Werke haben auf dem juwi-Gelände zwei Ecolectra-320-Ladesäulen für eine Ladeleistung von 32A aufgestellt. Sie sind versehen mit je zwei fünfpoligen CEE-Steckvorrichtungen und zwei Schukosteckdosen. Eine Ladeleitung ist nicht angebracht, diese transportieren die juwi-Mitarbeiter auf Betriebswunsch selbst in ihren E-Fahrzeugen. Neben den Ladesäulen haben die Walther-Werke auch Infrastrukturschränke (eine Hauptverteilung mit Messeinrichtung sowie zwei Unterverteilungen) aus Edelstahl gestellt, die zudem die Versorgung der gesamten Außenanlagen und aller weiteren Säulen mit dem von juwi erzeugten Strom gewährleisten. Juwi plant langfristig den firmeneigenen Fuhrpark auf Elektrofahrzeuge und hauseigenen Solarstrom umzustellen. Zielsetzung der Walther-Werke ist es, intelligente E-Mobility-Lösungen zu finden. Ein flexibles modulares System soll letztendlich dazu beitragen, alle Vorgaben gemäß Kundenwunsch umzusetzen.

Leistungsstarke Infrastruktur

Während der sechsmonatigen Planungsphase im Vorfeld konzentrierten sich Ingenieure und juwi-Mitarbeiter vor allem auf die Organisation einer leistungsstarken Energieinfrastruktur. Diese ermöglicht allen Stromparkplätzen und den gesonderten Solar-Parkplätzen mit Walther-Ladesäulen die Versorgung der Ladetechnik aus unterschiedlichen Systemen. Sie ist so aufgebaut, dass die Energiereserven auch für Versuche mit externen Speichermedien oder mit unterschiedlichen Netzzuständen zur Verfügung stehen (‚Smart Grid‘ oder ‚Reboot Grid‘).

Ladesäulen und Kommunikation

In den derzeitigen Entwicklungsstufen sind die Systeme auf einen häufigen Umbau im Bereich der Elektrik und Elektronik ausgelegt. Die Flexibilität ist Grundvoraussetzung, um im Netzmanagement, Datenumfang, -sicherheit, -speicherung sowie in den Feldern Kommunikation, Identifikation und Systemstabilität ausreichend Erfahrung sammeln zu können. Im Bereich der Datenerfassung kommunizieren die Walther-Werke mit dem Unternehmen für Verbindungstechnik, Phoenix Contact, – mit noch offenem Ende. Aktuell läuft die Kommunikation zwischen dem Nutzer und der Ladesäule über einen Taster, der die Nutzerberechtigung erteilt, sowie ein Farbdisplay mit Touchfunktion. Im Laufe der kommenden Monate wird an der Weiterentwicklung der elektronischen Systeme gearbeitet. Ziel wird es sein, dem Betreiber alle gewünschten Daten in Form von Datensätzen, in denen Startzeit, Endzeit, Verbrauch sowie das Nutzerprofil abgelegt sind, zur Verfügung zu stellen.

Smart Grid

Mit steigendem Anteil der Ladestationen und damit benötigter Anschlussleistungen tritt zunehmend die Notwendigkeit auf, Netze auch für Ladestationen intelligent zu managen. „Um Ressourcen effizient und optimiert zu nutzen, müssen Anreize geschaffen werden, Elektrofahrzeuge in Zeiten eines hohen Energieangebots zu laden und bei knappem Stromangebot nicht bzw. nur reduziert zu betanken“, so Günter Wilhelmi von Bosecker Verteilerbau. Die Walther-Werke passen ihre Ladesäulen in dieser Hinsicht flexibel an Kundenwünsche an. Hat der Kunde beispielsweise, wie der Energieversorger enso aus Dresden, ein betriebsinternes Lastmanagementsystem, so ist es möglich, dass ein intelligenter Zähler und eine Kommunikationsschnittstelle die Verteilung des Stroms bedarfsgerecht steuern. Um die Interessen des Betreibers, des Kunden und des Versorgers im Rahmen der Zusammenarbeit mit juwi zu vereinen, haben die Walther-Werke eine intelligente Lösung entworfen, die derzeit mit juwi weiterentwickelt wird. Über die Mensch-Maschine-Benutzer­schnittstelle HMI interaktiv (HMI steht für ‚human machine intelligence‘) werden Informationen über den Ladezustand der Batterie, über die zeitlichen Möglichkeiten des Kunden und über seinen Status aus der Datenbank gezogen. Anhand dieser wird über das gegenwärtige regionale Energieangebot mit entsprechenden Algorithmen ein individuelles Angebot für den Kunden erstellt. Aus Sicht der Energielieferanten und Netzbetreiber ist diese Verknüpfung mit dem Smart Grid langfristig unbedingt erforderlich, heißt es in der deutschen Normungs-Roadmap.

Schnittstellen

Unter dem Aspekt ‚Laden der Elektrofahrzeuge‘ wird die Thematik Energiefluss betrachtet. Für die Mitarbeiter von juwi und den Walther-Werken ergibt sich eine Reihe von speziellen Anforderungen, insbesondere für die Technik und Normung der Schnittstelle zwischen Elektrofahrzeug und Stromnetz. Folgende Fragen bedürfen der Klärung: Der Ort der Ladung: Wird im privaten oder öffentlichen Bereich, im Freien oder im Inneren eines Gebäudes geladen? Erfolgt eine Schnellladung oder die Ladung an einer gewöhnlichen Haushaltssteckdose? Welche Ladefunktionen sind gefordert? Erfolgt eine Normalladung bis 16A, eine Ladung mit separater Abrechnung oder eine zur Verhandlung des Stromtarifs (mit oder ohne Kommunikationspfad)? Wird die Ladung mit Lastmanagement ausgeführt (Smart Grid) oder soll die Möglichkeit bestehen, Strom zurückzuspeisen? Wie erfolgt die Abrechnung? Die komplexen und vielschichtigen Anforderungen erfordern sowohl hier im projektierten Bereich als auch in Zukunft beim Kunden eine individuelle Planung. In enger Absprache muss eine bedarfsgerechte Anpassung der Schnittstellen an die vorhandenen Elektro-Fahrzeuge erfolgen. Die unterschiedlichen Ladeleitungen der Mitarbeiter und das Angebot der Ladesäulen, ausgelegt für den öffentlichen Bereich, gewährleisten vor Ort den Energiefluss.

RFID-System

Neue Anforderungen müssen auch die Abrechnungssysteme an den Ladesäulen erfüllen. Sie sollten im Idealfall ein Lastmanagement anbieten, das heißt für einen Ausgleich zwischen Stromangebot und Nachfrage sorgen und eine transparente Grundlage für Entscheider bieten. Die Mitarbeiter von juwi kostet die Betankung derzeit noch keinen Cent, da die Entscheidung des Unternehmens über die Einbindung der Benutzeridentifikation und der darauf aufbauenden Abrechnung noch aussteht. Geplant ist, dass das Identifikationssystem auf der Basis der juwi-internen Kartensysteme funktioniert. Gegenwärtig arbeiten die Mitarbeiter an der Einbindung in eine spezielle Datenbank via SQL-Server, für eine Speicherung aller relevanten Daten in nur einem Datensatz. Die modularen Walther-Ladesäulen sind dafür mit dem RFID-Identifikations-System ausgestattet. Die Einbringung eines speziellen Datenkabels gewährleistet bei der Datenübertragung dann höchste Sicherheitsstandards.