Energiepeicher für das Laden von Elektrofahrzeugen: Wie BESS den Spitzenbedarf senkt und das Schnellladen unterstützt
Ladestationen für Elektrofahrzeuge entwickeln sich zu energieintensiven gewerblichen Anlagen. Wenn mehrere Hochleistungsladegeräte gleichzeitig den Ladevorgang starten, kann dies zu einem kurzen, starken Nachfragespitzenanstieg führen, der die vertraglich vereinbarte Kapazität des Standorts übersteigt, Nachfragegebühren auslöst oder eine Netzausbaumaßnahme verzögert. Laden von Elektrofahrzeugen, Energiespeicherung bietet Standortbetreibern eine weitere Möglichkeit, diese Energie zu steuern: Ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS) kann sich aufladen, wenn im Netz Kapazitäten frei sind, und Energie abgeben, wenn Fahrzeuge schnell aufgeladen werden müssen.
In diesem Artikel wird erläutert, wie Batteriespeicher zum Laden von Elektrofahrzeugen zur Spitzenlastabdeckung, zum Lastausgleich und zum Nachfragemanagement beitragen. Außerdem werden die Projektinformationen beschrieben, die für die Bewertung einer Energiespeicherlösung für eine Ladestation erforderlich sind. Die Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung; bei einer technischen Auslegung müssen die am Standort gemessenen Lastdaten, die Vorschriften des Energieversorgers, die Steuerung der Ladegeräte und die Sicherheitsanforderungen berücksichtigt werden.
Warum das Laden von Elektrofahrzeugen ein schwieriges Lastprofil für den Stromnetzbetreiber verursacht
Der Energieverbrauch einer Ladestation für Elektrofahrzeuge ist nicht der einzige Aspekt, der bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss. Wenn Der Energieverbrauch, die Anzahl der gleichzeitig in Betrieb befindlichen Ladegeräte und die von den Fahrern erwartete Abfahrtszeit können ausschlaggebend für die erforderliche elektrische Infrastruktur sein.
Ein Depot kann über Nacht viele Fahrzeuge anschließen, während auf einer Autobahn oder in einem Flottenzentrum die Ankünfte innerhalb eines engen Betriebszeitfensters konzentriert auftreten können. An Standorten im Einzelhandel, in Büros, in der Logistik oder im Gastgewerbe kommt der Ladebedarf zu den Lasten durch Kühlung, Heizung, Lüftung und Klimatisierung, Beleuchtung, Produktion und anderen Gebäudelasten hinzu. Wenn mehrere Ladegeräte mit einer Leistung von 150 kW oder mehr gleichzeitig hochfahren, kann die gleichzeitige Last deutlich höher sein als die normale Grundlast des Standorts.
Die IEA stuft öffentliche Ladestationen mit einer Leistung von über 22 kW bis zu 150 kW als Schnellladestationen und solche mit einer Leistung von 150 kW oder mehr als Ultraschnellladestationen ein. Ihrem Bericht für das Jahr 2025 zufolge belief sich der weltweite Bestand an Schnellladestationen im Jahr 2024 auf etwa 2 Millionen, während die Zahl der ultraschnellen Ladestationen in diesem Jahr um mehr als 50% stieg.1 Durch diese Erweiterung gewinnt die Planung in Bezug auf Netzqualität, Anschlusskapazität und Steuerbarkeit an Bedeutung – es geht nicht nur darum, einfach mehr Ladestationen zu installieren.
Die Netzanschlussbeschränkung
Ein Netzanschluss wird in der Regel durch die verfügbare Netzkapazität, die Nennleistungen von Transformatoren und Schaltanlagen, die Schutzeinstellungen, örtliche planungsrechtliche Auflagen sowie die vertraglichen Bedingungen des Anschlusses begrenzt. Ein Standort kann zwar über eine ausreichende jährliche Stromverbrauchsleistung verfügen, dennoch reicht die Momentanleistung für gleichzeitiges Schnellladen möglicherweise nicht aus.
Ein größerer Anschluss kann den elektrischen Engpass beheben, ist jedoch möglicherweise mit Verstärkungsmaßnahmen, Bauarbeiten, langen Genehmigungsverfahren oder einer höheren festen Kapazitätsgebühr verbunden. Außerdem könnte der Standort dadurch mit einem überdimensionierten Anschluss ausgestattet werden, der nur bei gelegentlichen Verkehrsspitzen genutzt wird. Ein BESS kann als steuerbarer Puffer zwischen dem Netzanschluss und den Ladegeräten fungieren, vorbehaltlich der Genehmigung durch den Netzbetreiber und der Grenzen der Systemauslegung.
Die IEA stellt fest, dass die Auswirkungen von Elektrofahrzeugen vom Strom- und Energiebedarf, dem genutzten Stromnetz, der gleichzeitigen Nutzung von Ladestationen, den Fahrzeugsegmenten, den Nutzerpräferenzen und den lokalen Mobilitätsmustern abhängen. Sie empfiehlt zudem, wo immer möglich, ein gesteuertes Laden einem unkontrollierten Laden vorzuziehen.2 Diese Grundsätze gelten unmittelbar für kommerzielle Ladestationsprojekte.
So funktioniert die Energiespeicherung beim Laden von Elektrofahrzeugen
Ein BESS für die Aufladung von Elektrofahrzeugen umfasst in der Regel Batteriemodule, ein Batteriemanagementsystem, Stromumwandlungsgeräte, ein Energiemanagementsystem, Schutz- und Schaltanlagen, ein Wärmemanagement, Kommunikationskomponenten sowie ein Gehäuse oder eine andere Installationsanordnung. Die genaue Architektur hängt von den örtlichen Gegebenheiten und den erforderlichen Betriebsmodi ab.
Bei einem einfachen Peak-Shaving-Ablauf lädt sich das BESS in Zeiten geringer Nachfrage oder bei Verfügbarkeit erneuerbarer Energie auf. Das Energiemanagementsystem überwacht die Neteinspeisung des Standorts und die Gesamtlast der Ladegeräte. Wenn die prognostizierte oder gemessene Last sich einem konfigurierten Einspeisegrenzwert nähert, entlädt sich das BESS, um einen Teil des Ladebedarfs zu decken. Nach Ende des Ereignisses kann es innerhalb des ausgewählten Tarif- oder Betriebsfensters wieder aufgeladen werden.
Die Batterie ersetzt nicht unbedingt den Netzstrom. Häufiger ist es so, dass sie Nahrungsergänzungsmittel ein bewusst begrenzter Netzanschluss, damit die Ladegeräte eine höhere Kurzzeitleistung liefern können, ohne dass der gesamte Standortanschluss auf die theoretische maximale Ladegerätlast ausgelegt sein muss. Die Nennleistung der Batterie bestimmt, wie viel momentane Unterstützung zur Verfügung steht; die nutzbare Energie bestimmt, wie lange diese Unterstützung anhalten kann. Beide müssen entsprechend dem Ladeprofil dimensioniert werden.
Spitzenlastabdeckung, Lastverteilung und Nachfragesteuerung
Diese Begriffe überschneiden sich zwar, beschreiben jedoch unterschiedliche Designziele.
| Funktion | Was der Controller steuert | Kommerzielle Zwecke | Typische Frage zur Konstruktion |
|---|---|---|---|
| Spitzenlastabdeckung beim Laden von Elektrofahrzeugen | Die maximale Einspeiseleistung des Standorts ins Netz während Ladevorgängen | Nachfragebedingte Kosten senken oder ein Anschlusslimit einhalten | Welche Einfuhrobergrenze darf nicht überschritten werden? |
| Lastverteilung bei Ladestationen für Elektrofahrzeuge | Leistungsverteilung zwischen Ladegeräten und Fahrzeugen | Mehr Fahrzeuge bedienen und dabei eine gleichzeitige maximale Leistung vermeiden | Welche Fahrzeuge haben Vorrang, und bis wann? |
| Nachfragesteuerung | Standortauslastung, Tarife, Zeitpläne und betriebliche Einschränkungen | Die Gebührenerhebung an die Preissignale des Gebäudes und der Versorgungsunternehmen anpassen | Wann sollte geladen, im Batteriebetrieb gearbeitet oder die Einspeisung gedrosselt werden? |
| Unterstützung für Schnellladung | Kurzzeitige Entladung des Akkus zur Erhöhung der verfügbaren Ladeleistung | Ein besseres Ladeerlebnis bieten, wo das Stromnetz an seine Grenzen stößt | Wie lange und wie oft muss das BESS hohe Leistungen liefern? |
Spitzenlastabdeckung
Bei der Spitzenlastabdeckung kommt ein Regelgrenzwert zum Einsatz. Wenn eine Einrichtung beispielsweise die Einspeisung ins Netz unter einem vereinbarten Grenzwert halten möchte, entlädt sich das BESS immer dann, wenn die kombinierte Last aus Gebäude und Ladegeräten diesen Grenzwert überschreiten würde. Der Grenzwert sollte Messverzögerungen, Prognosefehler, den Ladezustand der Batterie, Reserveanforderungen sowie die Ansprechcharakteristik der Ladegeräte und des Stromumwandlungssystems berücksichtigen.
Spitzenlastabdeckung ist nicht automatisch gleichbedeutend mit einer Senkung des Gesamtenergieverbrauchs. Sie verändert vielmehr den Zeitpunkt und die Quelle der Stromversorgung. Der wirtschaftliche Nutzen hängt von der Tarifstruktur, dem Intervall der Bedarfsberechnung, den Batterieverlusten, den Betriebsgrenzen und den Kosten für Lade- und Entladezyklen ab. Ein Finanzmodell sollte daher die Gesamtbetriebskosten des BESS mit den vermiedenen Kapazitäts-, Last- oder Anschlusskosten vergleichen, anstatt davon auszugehen, dass jede entladene Kilowattstunde kostenlos ist.
Lastverteilung
Der Lastausgleich bei EV-Ladegeräten ist eine Regelungsstrategie zur Verteilung der verfügbaren Leistung. Anstatt jedem Ladegerät zu gestatten, seine maximale Nennleistung anzufordern, kann der Standortcontroller die Leistung auf der Grundlage des Ladezustands des Fahrzeugs, der Abfahrtszeit, der Flottenpriorität, der Mindestversorgungsniveaus und der Importgrenze des Standorts zuweisen. Ein BESS (Batterie-Energiespeichersystem) fügt eine weitere steuerbare Ressource hinzu: Die Steuerung kann Netzstrom, Batteriestrom, gegebenenfalls Solarstrom und die Sollwerte der Ladegeräte kombinieren.
Bei einem Flottendepot kann dies den Abfahrtsplan sichern. Bei einer öffentlich zugänglichen Ladestation kann dies das Risiko verringern, dass die Ladesitzung eines einzelnen Fahrzeugs dazu führt, dass alle anderen Ladesitzungen gedrosselt werden. Das angestrebte Ergebnis ist nicht immer die maximale momentane Leistung, sondern oft der höchstmögliche nutzbare Durchsatz unter Berücksichtigung elektrischer und wirtschaftlicher Einschränkungen.
Nachfragesteuerung und Tarife
Tarife können den optimalen Betriebsplan beeinflussen. Zeitabhängige Preise können das Laden außerhalb der Spitzenzeiten fördern, während Leistungsgebühren auf dem höchsten durchschnittlichen Strombezug über einen definierten Zeitraum basieren können. An einigen Standorten können zudem vertraglich festgelegte Kapazitätsgrenzen, Einspeisebeschränkungen oder dynamische Signale der Energieversorger eine Rolle spielen. Das Energiemanagementsystem sollte die tatsächlichen Tarif- und Abrechnungsregeln berücksichtigen, anstatt von einer generischen Annahme bezüglich Spitzen- und Nebenzeiten auszugehen.
Die IEA nennt Tarifgestaltung, Verträge und Märkte für Flexibilität als Instrumente, mit denen gesteuertes Laden belohnt werden kann, und empfiehlt, Flexibilität dort zu honorieren, wo sie Vorteile für das System bietet.2 Für einen gewerblichen Eigentümer bedeutet dies, dass bei der Wirtschaftlichkeitsanalyse sowohl die direkten Einsparungen als auch der betriebliche Nutzen berücksichtigt werden sollten, der sich daraus ergibt, dass Ladestationen in Zeiten knapper Kapazitäten verfügbar bleiben.
Beispielhaftes Lastprofil vor und nach der Maßnahme
Die folgende Tabelle ist eine Fiktives Beispiel zur Veranschaulichung, keine gemessenen Projektdaten oder Ergebnisse eines DAXIN-Kunden. Dabei wird von einem Standort mit festem Einspeiseziel und einem BESS ausgegangen, das die Differenz während der Ladespitzenzeit ausgleicht. Die tatsächliche Leistung hängt von der Steuerung des Ladegeräts, dem Ladezustand der Batterie, den Umwandlungsverlusten, der Reaktionszeit und der gemessenen Last am Standort ab.
| 30-Minuten-Intervall | Gebäudelast (veranschaulichend) | Ladegerätnachfrage vor Einführung von BESS (veranschaulichend) | Netzimport vor BESS | Batterieunterstützung nach BESS | Netzimport nach BESS |
|---|---|---|---|---|---|
| 08:00–08:30 | 180 kW | 120 kW | 300 kW | 0 kW | 300 kW |
| 08:30–09:00 | 190 kW | 260 kW | 450 kW | 100 kW | 350 kW |
| 09:00–09:30 | 210 kW | 390 kW | 600 kW | 250 kW | 350 kW |
| 09:30–10:00 | 220 kW | 330 kW | 550 kW | 200 kW | 350 kW |
| 10:00–10:30 | 200 kW | 180 kW | 380 kW | 0 kW | 380 kW |
In diesem Beispielprofil besteht das Regelziel darin, die Einspeisung ins Netz während der Spitzenlastzeiten auf etwa 350 kW zu begrenzen. Die Tabelle besagt nicht, dass ein reales System dieses Ergebnis erzielen wird. Sie veranschaulicht vielmehr die Auslegungslogik: Die Batterie ist im Leerlauf, wenn die Last unter dem Schwellenwert liegt, und entlädt sich, wenn die Gesamtlast diesen Wert überschreitet.
So dimensionieren Sie ein Schnelllade-BESS
Bei einer praxisorientierten Auslegung steht die Lastanalyse im Vordergrund und nicht die gewünschte Batteriegröße. Die folgenden Eingabewerte sind dabei besonders wichtig.
| Eingabe | Warum dies Auswirkungen auf das Design hat |
|---|---|
| Besucherzahlen | Das Ankunftsaufkommen, Warteschlangenverläufe, saisonale Schwankungen und die Konzentration auf Spitzenzeiten beeinflussen die Wahrscheinlichkeit, dass mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden. |
| Nennleistungen und Parallelbetrieb von Ladegeräten | Die Nennleistung entspricht nicht der tatsächlichen gleichzeitigen Leistung; die Anzahl der Anschlüsse, die Zuweisungslogik und das Sitzungsverhalten spielen eine Rolle. |
| Verweildauer und Serviceversprechen | Kurze Verweildauern erfordern eine höhere Leistung oder mehr verfügbare Energie pro Fahrzeug; längere Verweildauern ermöglichen ein kontrolliertes Laden. |
| Tarife und Nachfrageregeln | Kapazitätsentgelte, Lastintervalle, zeitabhängige Preise und Einspeiseregeln bestimmen den Betriebswert. |
| Netzkapazität | Die zulässige Einspeisegrenze legt die Leistung fest, die vom Netz bereitgestellt, an den Ladestationen geregelt oder durch Speicher ergänzt werden muss. |
| Betriebsreserve | Eine Reservepolitik sichert die Verfügbarkeit für später eintreffende Gäste und verringert das Risiko, dass die Batterie gerade in der Hauptzeit leer ist. |
| Expansionsplan | Zukünftige Ladegeräte, Solarenergie, die Elektrifizierung von Fahrzeugflotten oder der Energiebedarf von Gebäuden könnten den erforderlichen Strom- und Energiebedarf verändern. |
Eine nützliche erste Berechnung dient lediglich der Veranschaulichung: Wenn Ladegeräte 600 kW anfordern, während die zulässige Einspeiseleistung des Standorts bei 350 kW liegt, beträgt der momentane Unterstützungsbedarf etwa 250 kW, ohne Berücksichtigung von Reserven und Verlusten. Wird diese Unterstützung eine Stunde lang benötigt, würde der nominelle Energiebedarf etwa 250 kWh betragen; bei einer realen Auslegung würde dieser Wert unter Berücksichtigung der nutzbaren Ladereichweite, des Wirkungsgrads, der Leistungsminderung, der Reserven und der erwarteten Ereignisdauer erhöht oder anderweitig angepasst werden. Dauert das Ereignis 15 Minuten, ist der Energiebedarf geringer, doch die Nennleistung der Stromumwandlung kann weiterhin ausschlaggebend sein.
Bei der Auswahl eines BESS sollte nicht allein die Leistung ausschlaggebend sein. Ein System mit hoher Leistung und kurzer Laufzeit eignet sich möglicherweise für eine Autobahnraststätte mit kurzen Verkehrsspitzen, während ein Depot möglicherweise eine kontinuierliche Versorgung über einen gesamten Abfahrtszeitraum benötigt. Die Konzeption kann auch eine leistungsseitige Lastverteilung über Ladegeräte in Kombination mit Speicherkapazität vorsehen, wodurch ein kleineres BESS die erforderliche Leistung bei geringerer Zyklusintensität bereitstellen kann.
Unterschied: Spitzenlastabdeckung durch BESS im Vergleich zum Lastmanagement ausschließlich über das Ladegerät
Lademanagement und Batteriespeicherung ergänzen sich, sind jedoch nicht austauschbar.
| Vorgehensweise | Stärke | Einschränkung |
|---|---|---|
| Verwaltung nur des Ladegeräts | Benötigt keine Batterie und kann den zeitgleichen Bedarf durch zeitliche Steuerung oder Lastverteilung reduzieren | Die Ladegeschwindigkeit oder der Durchsatz können sich verringern, wenn die Netzgrenze erreicht ist. |
| BESS mit Lademanagement | Kann eine höhere kurzzeitige Ladeleistung aufrechterhalten und gleichzeitig eine Obergrenze für die Einspeisung ins Netz durchsetzen | Beinhaltet Investitionskosten, Umrechnungsverluste, Wartungskosten, die Integration von Steuerungssystemen sowie Sicherheitsanforderungen |
| Größerer Netzanschluss | Bietet eine höhere Importkapazität | Möglicherweise sind Verstärkungsmaßnahmen, höhere Anschlussgebühren und ein längerer Entwicklungsweg erforderlich |
| Hybridansatz | Koordiniert die Anschlusskapazität, die Laderegelung, die Speicherung und gegebenenfalls die Solaranlage | Erfordert eine ganzheitliche Planung, klare Prioritäten bei der Steuerung und eine zuverlässige Inbetriebnahme |
Die richtige Wahl hängt von der Verkehrsökonomie, den Leistungszusagen, den versorgungstechnischen Gegebenheiten, dem verfügbaren Platz und den Kosten der Alternativen ab. Die Lösungen und Projekterfahrungen von DAXIN ENERGY können über die Seite „Lösungen“ von DAXIN ENERGY und Projekte-Seite; die projektspezifische Eignung muss noch durch eine technische Begutachtung geprüft werden.
Checkliste mit Projektdaten für eine Bewertung von Energiespeichern für das Laden von Elektrofahrzeugen
Bevor Sie einen Konzeptentwurf anfordern, stellen Sie bitte die folgenden Informationen zusammen:
- Standortadresse, Versorgungsunternehmen, Spannungsniveau, Einstrichschema, Nennleistung des Transformators, Informationen zum Schutz sowie aktuelle Import-/Exportgrenzwerte.
- Zahlreiche Wochen an Intervallzählerdaten, die vorzugsweise repräsentative Wochentage, Wochenenden, Wetterbedingungen und saisonale Spitzenwerte abdecken.
- Marke und Modell des Ladegeräts, Nennleistung, Anzahl der Anschlüsse, Verhalten bei der Leistungsaufteilung, Kommunikationsprotokoll, geplante Erweiterungen sowie, sofern verfügbar, Aufzeichnungen der tatsächlichen Ladevorgänge.
- Verkehrsprognosen, Ankunfts- und Abfahrtsverteilungen, Fahrzeugklassen, Verweildauern, Warteschlangentoleranz und der Mindestdienst, den der Betreiber gewährleisten möchte.
- Gebäudelastkategorien, Betriebspläne, Eigenstromerzeugung, Notstromsysteme und andere flexible Lasten, die mit dem Ladesystem interagieren können.
- Stromrechnungen, Tarifpläne, Definitionen der Leistungsentgelte, Bestimmungen zur vertraglich vereinbarten Kapazität, Strafzahlungen sowie etwaige Möglichkeiten zur Laststeuerung oder Flexibilität.
- Platzbedarf, Zugänglichkeit, Umgebungsbedingungen, Brandschutzanforderungen, Lärmgrenzwerte, Entwässerung, Kabelverlegung sowie Einschränkungen bei Bau- oder Instandhaltungsarbeiten.
- Wirtschaftliche Prioritäten, darunter die Vermeidung von Netzausbauten, Ladekapazität, Ausfallsicherheit, Einbindung erneuerbarer Energien, Senkung der Betriebskosten oder zukünftige Standort erweitertung.
Diese Daten ermöglichen einen aussagekräftigeren Vergleich hinsichtlich Speicherkapazität, nutzbarer Energie, Steuerungsmöglichkeiten, Anschlussstrategie und Lebenszykluskosten. Zudem verringern sie das Risiko, eine Batterie für einen theoretischen Ladespitzenwert zu dimensionieren, der nur selten auftritt – oder sie angesichts eines wiederkehrenden Verkehrsmusters zu klein zu dimensionieren.
Fazit: Die Ladekapazität flexibler gestalten
Energiespeicher für das Laden von Elektrofahrzeugen können gewerblichen Standorten dabei helfen, die Lücke zwischen hohen Nennleistungen der Ladegeräte und begrenzter Netzkapazität zu schließen. Durch Spitzenlastabdeckung, Lastausgleich und tariforientiertes Nachfragemanagement kann ein BESS das Schnellladen unterstützen und gleichzeitig die Netzbeanspruchung innerhalb eines definierten Betriebsbereichs halten. Die besten Konzepte basieren auf gemessenen Last- und Verkehrsdaten und koordinieren anschließend Batterie, Ladegeräte, Netzanschluss und Standortlasten durch eine klare Steuerungsstrategie.
DAXIN ENERGY kann als Teil dieser frühen technischen Gespräche betrachtet werden. Um das Betriebsprofil eines Projekts und die erforderlichen Informationen zu erörtern, ohne sich vorzeitig auf eine Technologie oder Spezifikation festzulegen, nutzen Sie das DAXIN ENERGY – Kontaktseite.
Literaturverzeichnis
Anmerkung zum Artikel: Die in diesem Artikel aufgeführten Beispielberechnungen und Lastprofile dienen lediglich der Veranschaulichung. Es handelt sich dabei nicht um gemessene Projektergebnisse, Angebote, Produktspezifikationen, Zertifizierungen, Preise, Lieferzeiten oder Garantien.