Lastmanagement und Batteriespeicher: Schnellladenetzwerke skalieren

Mit wachsenden Schnellladenetzwerken stoßen Betreiber immer wieder auf dieselbe Grenze: Der lokale Netzanschluss wurde nicht für die Last ausgelegt, die er heute tragen soll.

Zwei Lösungen beheben dieses Problem, ohne monatelang auf einen Netzausbau zu warten: dynamisches Lastmanagement und Batteriespeichersysteme (BESS). Beide werden bereits gemeinsam an realen Ladestandorten eingesetzt – das finnische Schnellladenetzwerk Faast etwa kombiniert seine landesweiten DC-Ladestationen mit Batteriespeichern vor Ort, um an jedem Standort eine hohe und konstante Ladeleistung garantieren zu können.

Neben der technischen Herausforderung liefern beide Ansätze auch einen klaren wirtschaftlichen Vorteil: einen kostenintensiven Netzanschlussausbau vermeiden oder verzögern, Lastspitzengebühren senken und mehr umsatzbringende Ladepunkte an einem Standort betreiben, ohne die Anschlussleistung zu erweitern.

In diesem Artikel schauen wir uns an, wie beide Ansätze funktionieren, worin sie sich unterscheiden, wie erneuerbare Energien vor Ort dabei eine Rolle spielen und wie Sie die passende Kombination für Ihr Netzwerk finden.

Warum statische Lastverteilung bei Schnellladestandorten mit mehreren Ladepunkten nicht funktioniert

Statische Lastverteilung legt eine feste Leistungsgrenze pro Ladepunkt und pro Standort fest. Das ist einfach und der Standardansatz an vielen gemischten AC/DC-Standorten mit nur wenigen Ladepunkten.

An einem DC- oder HPC-Standort mit mehreren Ladepunkten ab 150 kW – wie man sie typischerweise an Ladehubs und dedizierten Schnellladestandorten findet – ist eine feste Leistungsgrenze jedoch von Natur aus ineffizient: Wird die Leistung unabhängig von der tatsächlichen Anzahl angeschlossener Fahrzeuge gleichmäßig aufgeteilt, bleibt ein Großteil der Kapazität die meiste Zeit ungenutzt, während der Netzanschluss trotzdem für den theoretischen Extremfall ausgelegt sein muss, dass alle gleichzeitig laden.

Bei einem Netzwerk mit wenigen großen Lasten statt vielen kleinen ist diese Lücke zwischen "Extremfall" und "Regelfall" kostspielig. Genau deshalb spielen dynamische Ansätze an Schnellladestandorten eine größere Rolle als bei privaten oder kleinen AC-Standorten.

Ansatz 1: Dynamisches Lastmanagement

Dynamisches Lastmanagement (DLM) misst kontinuierlich, wie viel Leistung an einem Standort tatsächlich abgerufen wird, und verteilt sie in Echtzeit neu. Lädt nur ein Fahrzeug, erhält es die volle verfügbare Leistung. Kommen weitere Fahrzeuge hinzu, verteilt das System die Leistung automatisch auf alle aktiven Ladevorgänge, statt jeden Ladepunkt auf einen festen Grenzwert zu drosseln.

In der Praxis bedeutet das:

• Der Netzanschluss des Standorts kann näher am realistischen Durchschnittsbedarf ausgelegt werden statt am theoretischen Spitzenbedarf.
• Ladevorgänge bleiben auch bei mehreren gleichzeitig angeschlossenen Fahrzeugen spürbar schnell, statt dass alle eine reduzierte, gleichmäßig aufgeteilte Leistung erhalten.
• Betreiber vermeiden oder verzögern einen kostspieligen Ausbau des Netzanschlusses, wenn sie im weiteren Verlauf weitere Ladestationen hinzufügen.

Dies ist eine softwareseitige Lösung: Sie erfordert ein Charge Point Management System (CPMS) oder Backend, das die Leistungsverteilung im gesamten Netzwerk in Echtzeit überwacht und steuert, jedoch keine zusätzliche Hardware vor Ort. Die Virta Energiedienste, darunter Congestion Management, funktionieren genau nach diesem Prinzip.

Ansatz 2: Batteriespeicher (BESS) als Netzpuffer

Ein Batteriespeichersystem (BESS) verfolgt einen anderen Ansatz für dasselbe Problem. Statt die Leistungsverteilung zwischen den Ladepunkten zu steuern, bezieht ein am Standort installiertes BESS kontinuierlich Strom aus dem Netz – oder, wo verfügbar, aus Solar- und Windanlagen vor Ort – auch wenn gerade kein Fahrzeug lädt, und speichert ihn.

Steckt ein Fahrzeug an und benötigt einen kurzfristig hohen Leistungsschub, gibt die Batterie diesen ab und ergänzt (oder ersetzt bei manchen Auslegungen vollständig) die Netzleistung für diesen Ladevorgang.

Der Effekt ähnelt aus Sicht des Netzes dem Lastmanagement: Die Spitzenlast am Netzanschluss wird geglättet. Der Mechanismus ist jedoch ein anderer – ein Hardware-Puffer statt einer softwareseitigen Verteilungsregel.

Faasts landesweites finnisches Ladenetzwerk ist ein gutes Praxisbeispiel: Die DC-Stationen laufen auf der Virta-Plattform, wobei Batteriespeicher vor Ort dem Netzwerk helfen, eine hohe Mindestladeleistung zu garantieren statt nur punktuelle Spitzenwerte, auch an stark ausgelasteten Ladeparks.

BESS ist besonders relevant für:

• Standorte an tatsächlich netzbeschränkten Lagen, an denen selbst intelligente softwareseitige Verteilung nicht genug Kapazität freisetzen kann.
• Standorte, die Ladeinfrastruktur mit erneuerbarer Energieerzeugung vor Ort kombinieren oder zeitvariable Stromtarife nutzen möchten.
• Betreiber, die Reservekapazität für Netzausfälle wollen, nicht nur Lastspitzenglättung.

Wo erneuerbare Energien vor Ort ins Bild passen

Solarenergie (und seltener Windenergie vor Ort) bringt eine dritte Variable in dasselbe Problem – und wirkt mit beiden oben genannten Ansätzen zusammen, statt einen davon zu ersetzen.

Für sich allein ist Solarstromerzeugung unstetig: Sie deckt sich nicht zuverlässig mit dem Zeitpunkt, an dem Fahrzeuge tatsächlich angeschlossen werden, und kann nicht wie ein Netzanschluss oder eine Batterie als garantierte Leistungsquelle dienen.

Deshalb werden erneuerbare Energien an einem Ladestandort fast immer mit einem der beiden Ansätze kombiniert, nicht isoliert genutzt:

Mit dynamischem Lastmanagement: Das CPMS kann die Solarerzeugung vor Ort in seine Echtzeit-Verteilung einbeziehen und selbst erzeugten Strom für aktive Ladevorgänge priorisieren, wenn er verfügbar ist, und bei Bedarf mehr aus dem Netz beziehen. Dafür ist ein ALM-Kit erforderlich – ein Messgerät und Gateway vor Ort, das den Echtzeitverbrauch misst und an das CPMS übermittelt – jedoch keine Änderungen an der Ladehardware selbst.

Mit Batteriespeicher: Das BESS speichert die Solarerzeugung für den späteren Bedarf eines Fahrzeugs und macht so aus einer unstetigen, nicht disponiblen Quelle Ladeleistung, auf die sich der Standort Tag und Nacht verlassen kann. Diese Kombination ist bei Standorten am gängigsten, die ihre Netzabhängigkeit deutlich senken wollen, da eine Batterie die Lücke zwischen Sonneneinstrahlung und tatsächlichem Ladebedarf überbrücken kann.

Für die meisten Schnellladestandorte sind erneuerbare Energien kein Ersatz für Netzkapazität – ein einzelner Ladepunkt ab 150 kW zieht deutlich mehr Leistung, als eine typische Solaranlage vor Ort in Echtzeit erzeugen kann. Ihr Wert liegt im Ausgleich des Netzbezugs und der Senkung der Energiekosten, nicht im Ersatz von Lastmanagement oder Speicherlösungen.

Die Kombination eines der beiden Ansätze mit erneuerbaren Energien eröffnet zudem eine kommerzielle Perspektive: Betreiber können dynamische, zeitvariable Tarife nutzen, um günstigere Preise anzubieten, wenn erneuerbare Erzeugung (oder gespeicherter erneuerbarer Strom) tatsächlich verfügbar ist – und so Fahrzeuge zu grüneren und für den Betreiber günstigeren Ladezeiten lenken, statt zu Zeiten mit hohem Netzbezug.

Software vs. Hardware: Welcher Ansatz passt zu welchem Standort?

Die beiden Ansätze schließen sich nicht gegenseitig aus, und die richtige Wahl hängt vom Standort ab:

• Dynamisches Lastmanagement ist die kostengünstigere, schneller umsetzbare Option. Sie ist der richtige Einstiegspunkt für die meisten DC-/HPC-Standorte, insbesondere dort, wo der bestehende Netzanschluss noch Spielraum hat und das Hauptziel eine möglichst effiziente Nutzung dieser Kapazität ist.
• Batteriespeicher erfordert mehr Anfangsinvestition und Standortfläche, löst aber Probleme, die Lastmanagement nicht lösen kann: Standorte, an denen der Netzanschluss grundsätzlich zu klein ist, oder an denen ein eigenständiger Nutzen darin besteht, günstigen oder erneuerbaren Strom für später zu speichern.
• Die Kombination beider Ansätze ist an größeren oder stärker beschränkten Standorten üblich – die dynamische Verteilung übernimmt die alltägliche Effizienz, während die Batterie Bedarfsspitzen abdeckt, die der Netzanschluss tatsächlich nicht tragen kann.

Was bei der Planung eines DC-Netzwerks mit Netzbeschränkungen zu prüfen ist

Keine dieser Entscheidungen muss blind getroffen werden. Die Insights & Reports von Virta Hub liefern Betreibern standortbezogene Daten – Auslastung, Sitzungsvolumen und Energieverbrauch pro Ladepunkt – auf die die meisten der folgenden Fragen tatsächlich zurückgehen.

Aktuelle und geplante Netzanschlusskapazität an jedem Standort, die realistischen Kosten und der Zeitrahmen eines Ausbaus, falls erforderlich, sowie das erwartete gleichzeitige Nutzungsverhalten – wie viele Ladepunkte realistisch gleichzeitig aktiv sind, nicht nur die Gesamtzahl der Ladepunkte.

Ob bereits ein CPMS mit echtzeitfähigem dynamischem Lastmanagement im Einsatz ist und ob die Standortökonomie die zusätzlichen Investitionskosten eines Batteriesystems rechtfertigt, einschließlich lokaler zeitvariabler Tarife.

Ob Solarenergie oder eine andere erneuerbare Quelle vor Ort geplant oder bereits vorhanden ist, und mit welchem Ansatz sie kombiniert werden sollte.

Langfristige Netzwerk-Wachstumspläne – ein Setup, das für 4 Ladepunkte funktioniert, muss bei 12 möglicherweise neu bewertet werden.

Wie Virta Hub das Lastmanagement für Schnellladenetzwerke unterstützt

Virta Hub gibt Betreibern Echtzeit-Transparenz und Kontrolle über die Leistungsverteilung im gesamten Ladenetzwerk, einschließlich Insights & Reports, die Auslastung, Sitzungs- und Energiedaten standortbezogen aufschlüsseln – damit Betreiber von Ladenetzwerken innerhalb der bestehenden Netzkapazität skalieren können, bevor sie sich für einen Netzausbau oder eine Batterieinvestition entscheiden.