Die öffentliche Ladeinfrastruktur stellt einen wesentlichen Teil der Energie für die Elektromobilität bereit. Im Haus oder an Ihrem Arbeitsort können Elektroautos zwar auch geladen werden, unterwegs müssen Sie sich als Fahrer aber auf öffentlich zugängliche Ladestationen verlassen können. Mit der stark zunehmenden Zahl von Elektroautos wird die Belastung dieser öffentlichen Ladestationen noch weiter zunehmen. Diese öffentliche Ladeinfrastruktur muss für Fahrer von Elektroautos anbieten können, was das Tankstellennetz für Fahrer von Autos mit Verbrennungsmotor leistet. Das heißt, dass nicht nur Strom zum Laden benötigt wird, sondern auch die Möglichkeit der Abrechnung der Kosten.
Drei Aspekte der Ladeinfrastruktur
– Energie.
Die Versorgung mit Energie zum Fahren verschiebt sich vom Tankstellennetz zum Stromnetz. Das Stromnetz muss also immer mehr Leistung bereitstellen und übertragen. Dieser Teil der öffentlichen Ladeinfrastruktur entspricht dem Transport von Treibstoff zu den Tankstellen. Schließt man auch die Erzeugung der elektrischen Energie mit ein, kommt noch die Entsprechung der Förderung und Raffinierung des Erdöls hinzu.
– Bereitstellung.
Diese erfolgt über den Ladevorgang während des Kontakts des Elektroautos mit einer Ladesäule über eine Steckverbindung. Nachdem mehr Leistung übertragen wird als im Haushalt üblich ist, werden zum Laden eigene Steckverbindungen eingesetzt. Diese müssen entsprechend standardisiert werden. Diese Standards entsprechen den standardisierten Formen der Füllstutzen. Im Fall der Tankstellen muss zwischen Benzin und Diesel unterschieden werden, für Elektroautos geht es um die Ladeleistung und Kommunikation zwischen Auto und Ladesäule.
– Abrechnung.
Um eine nutzerfreundliche öffentliche Ladeinfrastruktur zu schaffen, sind zahlreiche neue Ladestationen erforderlich. Tendenziell braucht es sogar mehr Ladepunkte als Tankstellen, weil die Reichweite von Elektroautos immer noch etwas geringer ist als diejenige von Autos mit Verbrennungsmotor und auch weil das Laden mehr Zeit in Anspruch nimmt als das Tanken von flüssigem Treibstoff. Im Gegensatz zum Laden der Batterie eines Laptops oder eines Smartphones ist die Leistung zum Laden eines Elektroautos so hoch, dass die Stromkosten nicht vernachlässigbar sind. Die öffentliche Ladeinfrastruktur muss also auch Bezahlfunktionen bereitstellen, wie sie auch im Tankstellennetz integriert sind.
Die technischen Details für die öffentliche Ladeinfrastruktur
– Stromversorgung.
Wie in jeder Stromversorgung muss ein ständiges Gleichgewicht zwischen Erzeugung von Strom und seinem Verbrauch gegeben sein, wobei Verbrauch hier das Laden der Batterie bedeutet. Als Nutzer müssen Sie jederzeit die Möglichkeit haben, an einer Ladesäule Ihr Elektroauto aufzuladen. Das Laden erfolgt also asynchron.
Soll der Strom aus erneuerbaren Quellen stammen, ergeben sich noch weitere Probleme. Erneuerbare Energie ist in der Regel nicht als Grundlast verfügbar. Auf der einen Seite stehen also unregelmäßig verfügbare Quellen wie die Sonne und der Wind, auf der anderen Seite die Besitzer der Elektroautos, die ihr Auto jederzeit anschließen und aufladen können.
Zum Ausgleich dieser zwei Prozesse sind Ideen nötig, die über die Architektur des traditionellen Stromnetzes hinausgehen. Zu diesen gehört das bidirektionale Laden, bei dem die Batterien von Elektroautos als Zwischenspeicher für die Energie aus erneuerbaren Quellen verwendet werden. Solche Elektroautos können nicht nur aus dem Netz geladen werden, sondern auch Strom aus ihrer Batterie ins Netz einspeisen. Diese Technologie ist zwar bereits verfügbar, ihr Einsatz beschränkt sich derzeit in Deutschland noch auf Pilotprojekte.
– Bereitstellung.
Ein Stecker für eine handelsübliche Steckdose im Haushalt kann zwar zum Laden eines Elektroautos benutzt werden, ermöglicht aber nur einen sehr langsamen Ladevorgang. Deshalb wurden eigene Stecker für Elektroautos eingeführt. Damit stellt sich das Problem der Standardisierung.
In Europa ist das CCS oder Combined Charging System verbreitet. Bidirektionales Laden für dieses System ist erst in Entwicklung.
In Japan herrscht der CHAdeMO-Standard vor, für den bidirektionales Laden von Anfang an vorgesehen war.
Die Firma Tesla ist dabei, ein eigenes System von Superchargern für ihre Modelle von Elektroautos aufzubauen. Mit diesen Superchargern ist Laden am schnellsten möglich.
– Abrechnung
Die öffentliche Ladeinfrastruktur braucht eine Informationsübertragung zwischen Nutzer und Ladesystem. Die Übertragung dieser Information erfolgt über Nahfeldkommunikation oder RFID, eine App auf einem mobilen Gerät oder über den Stecker.
Warum ist eine öffentliche Ladeinfrastruktur wichtig?
Wenn sich die Elektromobilität allgemein durchsetzen soll, brauchen Sie als Nutzer eine überall verfügbare Möglichkeit zum Laden eines Elektroautos. Eine öffentliche Ladeinfrastruktur muss schon bereitgestellt werden, bevor sie voll ausgelastet ist, denn nur so können Autofahrer vom Kauf eines Elektroautos überzeugt werden. Derzeit befinden wir uns in einer Übergangsphase, in der Ladestationen schon verfügbar sind, längere Fahrten aber noch mit Bedacht auf die Lademöglichkeiten geplant werden müssen. Eine solche Planung sollte möglichst bald nicht mehr notwendig sein.
Der Aufbau des Systems für die öffentliche Ladeinfrastruktur
Sie als Fahrer eines Elektroautos sind mit einer Ladekarte oder einer App mit dem EMSP oder E-Mobility Service Provider verbunden. Auf diese Weise tauschen Sie Daten mit der Ladesäule aus, die den Strom am Ladepunkt abrechnet.
Diese Ladesäulen werden von einem CPO oder Charge Point Operator betrieben. Verschiedene CPOs sind zu Roaming-Plattformen verbunden, sodass für Fahrer an möglichst vielen Punkten das Laden möglich wird, auch wenn sie von verschiedenen EMSPs betreut werden.
Der Ladevorgang
Die Daten werden von Ihrer RFID-Karte oder über ein mobiles Gerät an die Ladesäule übertragen und von dieser an die Server des CPO übertragen. Diese müssen eine Autorisierung des Ladevorgangs durchführen. Für eine schnelle solche Autorisierung besitzen viele EMSPs eine sogenannte Whitelist bei den CPOs. Das bedeutet, dass jeder auf diesen Whitelists geführte Nutzer für den Ladevorgang sofort freigegeben wird. Findet der Server des CPOs keinen solchen Eintrag auf seinen Whitelists, erfolgt eine Anfrage an den EMSP, ob eine Freigabe des Nutzers erfolgen kann.
Die Übertragung der Daten kann neben einer RFID-Karte auch mittels eines mobilen Geräts erfolgen. Dabei scannen Sie einen QR-Code von der Ladesäule ein, um den Autorisierungsprozess zu starten.
Abgeschlossen wird der Ladevorgang durch eine Eingabe in einer App oder mittels RFID. Die Server des CPO erstellen dann eine Datei mit den Details des Ladevorgangs, in denen Daten wie Ladezeit, Ort und natürlich die Anzahl der geladenen Kilowattstunden enthalten sind.
Es ist klar, dass die Technologie für die öffentliche Ladeinfrastruktur noch nicht vollständig ausgereift ist, was bei einer so neuen Technik auch nicht erwartet werden kann. Als Nutzer der Elektromobilität sind Sie auch heute noch in gewisser Weise ein Pionier. Eine neuere Möglichkeit für das Laden besteht also darin, Plug-and-Charge zu verwenden. Das bedeutet, dass weder RFID-Karte noch App nötig sind, sondern nicht nur die Übertragung des Stroms, sondern auch die Abrechnung automatisch über das Einstecken erfolgt.
Zusammenfassung
Die öffentliche Ladeinfrastruktur gehört zum Rückgrat der Elektromobilität. Sie muss die elektrische Leistung bereitstellen und die bezogene Leistung korrekt abrechnen können. Die Herausforderungen bestehen aus der Übertragung des Stroms, der Standardisierung der Stecker und der Informationsübertragung.
