Hub-Satellite vs. offene SystemeHub-Satellite vs. offene Systeme

München, 05.07.2021

Elektroautos boomen wie die Neuzulassungsstatistiken mit einem Anteil von 20% zeigen. Aus guten Gründen: In Fahrzeugflotten etwa spielen Elektroautos ihre Vorteile besonders gut aus, da ihr Einsatz sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch sinnvoll ist. Das spiegelt sich in der Jahresbilanz von Unternehmen einerseits ebenso positiv wider wie in der Außenwahrnehmung andererseits. Da Firmen-Stromer häufig direkt am Standort geladen werden, fallen Fuhrparkverantwortlichen einige neue Aufgaben zu, etwa die Planung und Verwaltung einer passenden Ladeinfrastruktur. Gleiches gilt für Haus- und Immobilienbesitzer: Immer mehr Privatpersonen legen sich ebenfalls ein Elektroauto zu und würden dies natürlich gerne am eigenen Stellplatz laden können. Seit einiger Zeit haben Mieter und Eigentümer einer WEG sogar ein gesetzlich verankertes Anrecht auf die Wallbox daheim, womit das Thema Elektromobilität unausweichlich wird.

Das Lade- und Energiemanagement als Knackpunkt

Ein effizientes Lade- und Energiemanagementsystem ist generell eines der wichtigsten Themen beim Aufbau von Ladeinfrastruktur. Da Spitzenlasten im Energieverbrauch aufgrund des höheren Leistungspreises die Kosten massiv in die Höhe treiben, sollte die Ladeinfrastruktur für eine größere Anzahl an Elektroautos den Strombezug intelligent regeln können. Es ist übrigens entsprechend der gängigen Standzeiten und zurückgelegten Strecken gar nicht notwendig, dass alle Fahrzeuge gleichzeitig und mit voller Leistung geladen werden. Indem die Ladevorgänge mit reduzierter Leistung und zeitlich versetzt stattfinden, lassen sich die Kosten deutlich senken, ohne die Verfügbarkeit der Elektroautos bzw. die Mobilitätsbedürfnisse ihrer Nutzer einzuschränken.

Mit einem intelligentem Lade- und Energiemanagementsystem wie ChargePilot von The Mobility House können sowohl die einmaligen Investitions- wie auch die laufenden Stromkosten für Netzanschluss und Leistungsentgelt um bis zu 70 Prozent reduziert werden. Ein kleines Beispiel aus der Praxis verdeutlicht das Einsparpotenzial: Ein Unternehmen installiert 20 Ladestationen mit einer Leistung von jeweils 22 kW. Würden alle Ladepunkte zur gleichen Zeit voll genutzt werden, wäre eine Anschlussleistung von 440 kW notwendig. Dank einem intelligenten Lade- und Energiemanagement kann die Anschlussleistung deutlich reduziert werden - im Einzelfall auf bis zu 100 kW, weniger als ein Viertel im Vergleich zum ungesteuerten Laden. Das spart im genannten Beispiel einmalige Aufbaukosten in Höhe von bis zu 30.000 Euro sowie jährlich bis zu 27.000 Euro bei den Leistungsentgelten durch die Vermeidung der höheren Lastspitze. Die Grafik unten veranschaulicht die Einsparungen:

Einsparungen bei Einsatz eines Lade- und EnergiemanagementsystemsEinsparungen bei Einsatz eines Lade- und Energiemanagementsystems

 

Weitere Einsparmöglichkeiten bestehen, wenn die Ladezeiten auf günstigere Tarifzeiten verschoben werden - zum Beispiel in die Nacht, wenn die Fahrzeuge ohnehin geparkt sind. Bei Industriekunden können dynamische und preislich am Spot-Markt orientierte Tarife noch größere Einsparungen ermöglichen. Selbst produzierter Strom aus einer Photovoltaikanlage, womöglich in Verbindung mit einem Batteriespeicher, senkt die Kosten abermals, da das Laden der E-Flotte den Eigenverbrauch deutlich erhöht und die Stromerzeugungskosten von PV-Anlagen unterhalb von zehn Cent liegen.

Wichtige Faktoren und Systemmöglichkeiten im Überblick

Um den Aufbau und Betrieb von Ladepunkten möglichst einfach zu gestalten, berücksichtigt eine optimal auf mehrere Elektroautos zugeschnittene Ladeinfrastruktur eine ganze Reihe technischer und wirtschaftlicher Faktoren:

  • die einmaligen und laufenden Kosten;
  • die Integration in die bestehende Energieumgebung;
  • eine kostenoptimale Steuerung der einzelnen Ladevorgänge unter Sicherstellung individueller Mobilitätsbedürfnisse;
  • die Ausstattung mit Schnittstellen für eine einfache Abrechnung der Ladevorgänge.

Dabei ist zu beachten, dass nicht jedes System alle Faktoren gleichermaßen berücksichtigen kann. Im Wesentlichen gibt es für Ladeinfrastruktur mit mehr als einem Ladepunkt drei verschiedene Systeme:

  • Doppelladestationen, also eine Wallbox mit zwei Anschlüssen, die einen festgelegten Leistungswert auf die beiden Ladepunkte verteilt. Vor allem geeignet für Einfamilienhäuser.
  • Geschlossene Hub-Satellite-Lösungen, bei denen die Hub-Wallbox als zentraler Controller die weiteren angeschlossenen Ladepunkte steuert. Auch bekannt als Leader-Follower-System oder Master/Slave. Limitiert auf einen Hersteller und aktuell meistens um die 10-20 Ladepunkte. Geeignet für kleinere Ladeinfrastrukturprojekte, die auf einmal realisiert werden und nicht sukzessive wachsen.
  • Offene Systeme, bei denen eine Vielzahl unterschiedlicher Ladestationshersteller und -typen (incl. AC, DC) kombiniert werden kann. Sie erlauben zudem die Einbindung einer ganzen Reihe von Drittsystemen und können flexibel erweitert und ausgebaut werden. So spielen ihre Vorteile gegenüber Hub-Satellite-Systemen ab etwa fünf Ladepunkten aus.

Systembedingt erfüllen die drei verschiedenen Lösungen die wichtigsten Anforderungen an eine effiziente und zukunftsfähige Ladeinfrastruktur mit unterschiedlichem Ergebnis. Hier lohnt es sich, auf alle Details und Eventualitäten zu achten - etwa darauf, in welcher Art das schon ab nur drei Ladestationen absolut zu empfehlende Lastmanagement ausgelegt werden soll. Vor allem in Hinblick auf weitere Skalierbarkeit – wie ist sichergestellt, dass Ladestationen, die erst in zwei oder fünf Jahren dazu gebaut werden auch integrierbar sind - ist das wichtig, um so einen nachhaltigen Grundstein für die Zukunft zu setzen.

Für die Lastenregelung gibt es zwei Wahlmöglichkeiten: Ein statisches Lastmanagement verteilt einen festgelegten, fixen Leistungswert auf die zu ladenden Elektroautos und ist für einige wenige Elektroautos am selben Standort unter Umständen ausreichend. Ein dynamisches Lastmanagement wiederum misst in Echtzeit den aktuellen Leistungsbezug des gesamten Gebäudes bzw. Standorts, leitet daraus die maximal für die Ladeinfrastruktur verfügbare Leistung ab, und verteilt diese optimal auf die zu ladenden Elektroautos. Ein dynamisches Lastmanagement nutzt die maximal mögliche Leistung des Stromanschlusses aus und ist um einiges effizienter aus als ein statisches. Das ist vor allem nachts vorteilhaft, wenn Autos in der Regel parken, da dann deutlich mehr Leistung für die Ladevorgänge zur Verfügung steht.

Hub-Satellite oder offenes System?

Generell ermöglichen sowohl Hub-Satellite- als auch offene Systeme das gleichzeitige Laden mehrerer Elektroautos an einem Gebäudeanschluss, ohne diesen zu überlasten. Hub-Satellite-Lösungen sind zu einem vergleichsweise günstigen Einstiegspreis zu haben, bringen allerdings einige Nachteile mit sich: Die Anzahl an Ladestationen etwa ist je nach Anbieter limitiert, zwischen 10 und 20 Ladepunkten sind mit so einer Lösung bei den meisten Anbietern möglich. Ungünstig ist auch, dass die Hub-Station einen Flaschenhals darstellt. Fällt sie aus, fallen auch sämtliche Satellite-Stationen aus, und es kann nicht garantiert werden, dass bei einem Neustart der Hub-Wallbox auch die Satellite-Ladepunkte wieder zuverlässig starten. Zudem zeigte sich in Tests wie dem des ADAC, dass manchen Hub-Satellite-Systemen die Schieflastregelung Probleme bereitet, wodurch der Netzanschluss nicht vollständig genutzt und Leistungsreserven verschenkt werden. Manchmal ist es laut ADAC auch so, dass Hub-Satellite-Lösungen die Kommunikationssignale von Drittsystemen wie einem Energiemanagement nicht korrekt verarbeiten können und dass bei einigen Herstellern einzelne Optionen wie Fernzugriff, Nutzerverwaltung und Reporting nur gegen Aufpreis erhältlich sind. Zudem besteht erfahrungsgemäß bei künftigen Ausbaustufen das Risiko von gestrandeten Vermögenswerten, da man sich typischerweise auf einen einzigen Hersteller festlegt.

Offene Systeme, deren Intelligenz in einem zentralen Hutschienen-Controller im Sicherungskasten bzw. dem Schaltschrank steckt, verursachen zwar bei der Erstinstallation etwas höhere Kosten. Sie ermöglichen allerdings auch hohe Einsparpotenziale im laufenden Betrieb sowie bei künftigen Ausbaustufen und bringen einige Vorteile mit sich, die keine andere Lösung bieten kann. Ein offenes System etwa birgt ein nur sehr geringes Ausfallrisiko, da bei einem Ausfall eines einzelnen Ladepunktes alle anderen Ladestationen unabhängig davon weiter funktionieren. Offene Systeme können zudem eine nahezu unbegrenzte Anzahl an Ladestationen integrieren. Dabei können durch den Einsatz des etablierten Kommunikations-Protokolls OCPP sowohl DC- und AC-Stationen als auch verschiedene Hersteller miteinander kombiniert und einzelne Ladepunkte priorisiert werden, etwa für die Geschäftsführung oder vielgenutzte Fahrzeuge. Eine oder mehrere flotte DC-Stationen, als Ergänzung zu klassischen AC-Stationen, sind durchaus vorteilhaft: Sie ermöglichen zum Beispiel eine Schnellladung bei dringendem Ladebedarf oder können, sofern sie öffentlich zugänglich sind, auch der Allgemeinheit - natürlich gegen Entgelt - zum Laden zur Verfügung gestellt werden.

Die Gefahr von gestrandeten Vermögenswerten ist bei offenen Systemen nicht gegeben, im Gegenteil: Da sie jederzeit flexibel und herstellerunabhängig erweiterbar sind, erlauben Sie ein sukzessives Mitwachsen der Ladeinfrastruktur, etwa wenn eine Unternehmensflotte über einen längeren Zeitraum hinweg erst nach und nach auf Elektroautos umgestellt werden soll.

Hub-Satellite-System
Offene Systeme
+ Preis: vergleichsweise günstiger Einstiegspreis - Preis: vergleichsweise höherer Anschaffungspreis
- Hohes Ausfallrisiko: Hub-Station ist Bottleneck; Ausfall der Hub-Station betrifft auch Satellite-Stationen  + Geringes Ausfallrisiko: Ladestationen funktionieren auch bei Ausfall einer Station unabhängig voneinander
- Signalprobleme: Signale von Energiemanagement- oder Lademanagement-Drittsystemen können Probleme verursachen  + Einbindung von Drittsystemen: offene Systeme können mittels Standardprotokolle wie Modbus oder OCPP mit Drittsystemen interagieren 
- Begrenzte Anzahl an Ladestationen: Hub/Satellite Setup ist auf die Anzahl der angeschlossenen Ladepunkte limitiert (aktuell meistens um die 10-20 integrierbar)  + Hohe Anzahl an Ladestationen: nahezu unbegrenzte Anzahl an Ladestationen können auch sukzessive integriert werden
- Keine unterschiedlichen Ladestationstypen: typischerweise kann nur ein Ladestationstyp in ein Hub/Satellite Setup integriert werden; Risiko zu gestrandeten Vermögenswerten + Unterschiedliche Ladestationshersteller und -typen: Kombination aus DC- und AC-Stationen als auch verschiedene Hersteller sind möglich
Einsatzempfehlung: kleinere Installationen, die auf einmal mit einem Hersteller aufgebaut werden und keine größeren An-forderungen (Ausfallsicherheit, Schnittstellen, etc.) erfüllen müssen  Einsatzempfehlung: größere Installationen, die mehrere Hersteller oder unterschiedliche Stationen (AC/DC) kombinieren wollen und außerdem Wert auf ein modulares, zukunftsfähiges System legen

Die Vielfalt der unterschiedlichen Systeme zeigt: Um die für das jeweilige Einsatzszenario optimal geeignete Ladelösung zu finden, sollte man sich vor deren Aufbau intensiv mit dem aktuell als auch dem zukünftig benötigten Ausstattungs- und Funktionsumfang auseinandersetzen. Zudem ist es ratsam, sich für die Produktauswahl, die Planung der Installation sowie die Konfiguration des Systems von erfahrenen Experten unterstützen zu lassen. Einem erfolgreichen Umstieg auf die Elektromobilität steht dann nichts mehr im Weg.

Bei allen Themen rund um intelligente Lade- und Energielösungen wenden Sie sich an unser Expertenteam, das Sie gerne berät.