Stand der Technik Park&Charge 2009

Park&Charge Schweiz hat flächendeckend in Übereinstimmung mit IEC 61851-1 alle Standorte mit Steckdosen gemäss "Mode 1" ausgerüstet. In der Regel bedeutet das pro Standort zwei Steckdosen IEC 309-2 (CEE 16A 1-Phase) blau, sowie eine nationale Steckdose Typ 13 oder 23, 13A. Alle Steckdosen sind mit LS-FI geschützt. An den Hauptverkehrsachsen Autobahn A1/A2 sind im Abstand von ca. 50km additional Steckdosen nach "Mode 3 dedicated up to 32A 1-phase" installiert. Die Planung für den Ausbau des Park&Charge Systems in der Schweiz, aus dem Jahr 2000, ist immer noch aktuell und wird weiter verfolgt.

Diese vorgängigen Aussagen, betreffend Ausrüstung der Standorte, gelten auch für das System Riparti (ehemals Park&Charge) in der Südschweiz, Park&Charge Deutschland (teilweise nur 2 Steckdosen, Nationale Steckdose: Schuko) Niederlande und Österreich.

Es bestehen weitere Netzwerke, auf mehr informeller Basis, in verschiedenen Ländern. Die Zugänglichkeit und Betriebssicherheit dieser Systeme ist teilweise nicht sehr hoch. Das LEMnet weist für ganz Zentraleuropa die meisten Standorte aus. In Deutschland, Dänemark, Österreich und der Schweiz macht sich seit einiger Zeit ein Drehstrom-Netz breit, welches aber nicht unbedingt frei zugänglich ist, und sich vorwiegend auf Privatpersonen stützt. Verwendet werden in diesem Netz Drechstromstechdosen IEC 309-2 (CEE 16A 3-Phase) rot. In Österreich bemüht sich Euro Solar Austria um die Einrichtung von um den Aufbau eines Steckdosen-Netzes vergleichbar mit LEMnet.

National Plugs/ Nationale Steckdosen			IEC 309-2
Schuko	Belgien	T13/ 23 CH	CEE 16A 1-Phase	CEE 16A 3-Phase


Vorteile: National unbeschränkt verfübar			Vorteile: ungeschaltet bis zur doppelten Nominalleistung Einsetzbar hohe Betriebssicherheit
Nachteile: Nicht für hohe Ströme ausgelegt Brandgefahr niedrige Personen- und Betriebssicherheit			Nachteile: geringe Verbreitung im Haushaltsbereich unüblich

Neuere Standorte in der Schweiz (ab ca. 2000) wurden mit Zuleitungen 5x10mm2 versehen. Bei Standorten welche vor dieser Zeit installiert wurden, muss mit wesentlich geringeren Querschnitten gerechnet werden. Ein Aufrüstung auf Standart "Mode 3" dürfte an diesen Stanorten nur mit höherem Kostenaufwand möglich sein.

In Zukunft ist vermehrt mit Fahrzeugen zu rechnen welche eine Ladeinfrastruktur gemäss IEC: "Mode 3" 3-phasig (22kW) benötigen.

Kriterien für die Zukunft

Welche Befindlichkeiten und Gruppen werden in der Zukunft für die Auslegung und Definierung von Elektrofahrzeugen und Ladeinfrastruktur massgeblich sein:

Die Benutzer oder Kunden

einfacher kostengünstiger Zugang zu einem Einheitlichen Flächendeckenden Ladesystem
einfache Handhabung
genügende Reichweite
möglichst kurze Ladezeiten
Aufladen der Fahrzeugbatterie zu Hause, bei der Arbeit, auf Reisen

Die Hersteller der Fahrzeuge

Produktionssicherheit
klare Regeln für Ladegeräte, und Verbindungseinrichtungen zum Netz
niedrige Produktionskosten für den gesammten elektrisch Teil
grosse Reichweiten und schnelle Tankvorgänge (es wird immer das konventionelle Verbrennungsmotor Fahrzeug zum vergleich herangezogen)
weltweiter Absatzmarkt, keine Nischenprodukte
niedrige Risiken im Garantiebereich

Netzbetreiber/ Energiedienstleister

"Load Balancing" Netzsteuerung mittels Regelleistungssenken, durch einflussnahme auf die Betreibszeiten von grossen Verbrauchern (beschränkung der Ladezeiten)
Netzsteuerung mittels Regelleistungs Reserven wie SPVN oder "Vehicle to Grid"
Abrechnungssicherheit, Elektrische Energie ist ein Produkt und will verkauft werden.
niedrige Investitionskosten welche auch amortisiert werden können
niedrige Kosten bei Unterhalt und Service
hohe Betriebssicherheit

Staat/ Gemeinwesen

gewärleistung der Infrastruktur Strasse
Steuereinnahmen/ Mineralölsteuerersatz (sind noch nicht klar bei Elektrofahrzeugen)
Verkerssicherheit/ Öffentliche Sicherheit (Risikobatterien)
verschiedene Mobilitätsbedürfnisse zu einander in Einklang bringen

Man sieht sehr schnall das hier Interessen teilweise Diametral entgegenlaufen. Am Schluss wir der kleinste gemeinsame Nenner die Lösung werden. Wie kann dieser aussehen?

On-Board Ladegeräte mit flexibler Leistung und Phasenspannung von 100 - 250 Volt, welche sich automatisch an die zur Verfügung stehende Leistung bzw. Steckdose anpassen. Da Ladegeräten zur Zeit noch mit Preisen von 500.-- bis 800.-- € pro kW Ladeleistung hergestellt werden können wird sich bei den On-board Ladegeräten am ehesten eine Obergrenze von ca. 11kW einstellen (Mode 1 oder 3, 16 A, 3-phasig). Diese Grösse sollte auch für die Netzbetreiber keine grösseren Probleme bei der Netzregulierung darstellen. Ein solcher Anschluss ist auch für Personen mit geringem technischen Verstäntniss noch händelbar. Es drängt sich deshalb aus Kundensicht eine Stufung der Ladegeräte in Schritten von 3.6 kW auf. Diese Stufung erlaubt es den Automobilherstellern modular auf unterschiedliche Kundenwünsche einzugehen.

Off-Board Lademöglichkeiten für Normal- oder Schnellladung müssen zum einen auf verschiedenste Fahrzeugtypen und Batterien eingerichtet sein und die entsprechenden Betriebsbestimmungen der einzelnen Hersteller erfüllen. Mit solchen Geräten sind Schnellladungen von Fahrzeugbatterien bis zu einem Füllgrad von ca. 80% bis in manchen Fällen 90% möglich. Die Schluss oder Endladung benötigt bei den meisten Batteriesystemen erheblich mehr Zeit, da in dieser Phase nur noch mit kleinen Strömen gearbeitet werden kann. Solche Einrichtung ziehn kurzzeitig sehr hohe Energiemengen aus dem Netz und gefärden dadurch die Netzstabilität.
Eine Sinnvolle und für alle Beteiligten machbare Lösung für eine Schnellladung entsteht wenn man eine solche Ladestation als SPVN Anlage aufbaut. Eine Solche Anlage kann als Netzleistungsreserve mit Solar- und/oder Windenergiespeisung fungieren und bezahlt ihre Investitionskost schon alleine durch diesen Betreib, ein Abfallprodukt ist dabei die Schnelllademöglichkeit von Elektrofahrzeugen. Dabei dient die Batterie der SPVN Anlage als "Dumme" Spannungsquelle, d.h. sie verfügt über keinerlei Inteligentz. Die gesamte Steuerung des Ladeprozesses erfolgt durch das Fahrzeug, damit sind auch etwelche unangenehme Fragen betrefffend Garantiebestimmungen der Fahrzeug- Batteriehersteller aus dem Weg geräumt. Bestehende Tankstellen verfügen über die entsprechenden Platzverhältnisse auf ihren Dächern und sind eine prädestinierte Zielgruppe für solche Installationen.

"Vehicle to Grid"(VtG) bedeutet das viele Elektrofahrzeuge als Netzleistungsreserve im Netz arbeiten sollen. Macht das Sinn? Nein! Warum nicht?

Für einen solchen Betrieb sind Bidirektionale Ladegeräte notwendig. Solche Ladegerät sind teurer als herkömmliche und noch nicht am Markt erhältlich.
Die Einnahmen die aus einem solchen Betrieb generiert werden können belaufen sich auf max. ein paar hundert Euro pro Jahr. Wenn im Fahrzeug eine Batterie verwendet wird die eine Zyklenabhängige Lebensdauer hat, sind die Einnahmen aus dem Betrieb als Netzleistungsreserve nicht annähernd so hoch um den Verlust an Lebensdauer auszugleichen. Bei ungefähr 1000 bis 1500 möglichen Zyklen einer herkömmlichen Batterie, würde der Betrieb als VtG die Zyklenzahl pro Jahr um 200 bis 250 reduzieren, was eine massive verminderung der Lebensdauer bedueten würde. Ausserdem tangiert ein solcher Betrieb die Garantiebestimmungen des Fahrzeug-/ Batterieherstellers. Nur bei Fahrzeugbatterien welche eine Kalendarische Lebenszeit aufweisen kann man mit viel mühe dem System VtG etwas abgewinnen, jedoch lassen in letzter Zeit diese Batterietypen bezüglich Standfestigkeit im allgemeinen Betrieb sehr zu wünschen übrig, was einen Umfassenden Einsatz dieser Typen in naher Zukunft eher unwahrscheinlich macht.
Für den Betrieb als VtG benötigt das Fahrzeug und die Stechdose an welchem dieses Angeschlossen ist eine Umfangreiche Logistik.
Die aus diesem Betrieb gewonnene Energiereserve ist pro Einheit zu gering um einen Wirtschaftlichen Betrieb zu garantieren, speziell wenn um eine einigermassen akzeptable Autonomie des einzelnen Fahrzeugs zu erhalten nicht die ganze Batteriekapazität sondern nur 20 bis max. 50 % der Energie für die Netzleistungsreserve eingestzte werden können.

Betrachtungen der Kostenseite

Bei heute gebräuchlichen Elektrofahrzeugen bewegt sich die Batteriekapazität zwischen 3 und 11 kWh. Dies bedeutet bei einer Vollladung Energiekosten von 0.5 - 2 € pro Ladung. Bei zukünftigen Fahrzeugen mit ca. 22- 25 kWh Batterieleistung erreichen wir in etwa Umsätze von max. 4 € pro Ladevorgang. Bei der Momentan noch relativ geringen Fahrzeugdicht ergibt das einen Umsatz pro Jahr und Tankstelle von 20 bis 150 €.

Die reinen Materialkosten für eine Tankstelle betragen heute zwischen 500 und 4000 €. Zuleitung und Baulichen Massnahmen können je nach Gegebenheiten das Mehrfache an Kosten verursachen. Die Amortisation der Tankstelle ist unter diesen Voraussetzungen nicht ganz einfach. Die Kundschaft von Park&Charge reagiert andererseits auf preissteigerungen sehr sensibel und brint dafür wenig verstäntnis auf.

Was bedeutet das für die bestehende Infrastruktur?

Die Zuleitungsquerschnitte müssen in Zukunft auf 5x16mm2 ausgelegt werden, bei grösseren Abständen zur speisenden Transformatorenstation ist unter Umständen auf 5 x 25mm2 auszuweichen (Spannungsabfall ist für einige Ladegeräte ein Problem).

Inwieweit die verschiedenen Netzbetreiber in der Lage sein werden die entsprechende Energie am gewünschten Ort zur Verfügung zu stellen bleibt abzuwarten. Mit Sicherheit werden einige Netzbetreiber im Bereich des "zu Hause ladens" Einschränkungen bezüglich der Verfügbarkeit der Energie vorschreiben, wie dies heute schon bei anderen grossen Energieverbrauchern geschieht (Boiler). Im öffentlichen Bereich sind solche Massnahmen jedoch nicht möglich, da nicht bekannt ist zu welcher Zeit welche Energiemenge notwendig ist. Anschlüsse über 11kW könnten unter diesen Umständen gewisse Probleme bei der Bewilligung durch den Netzbetreiber bereiten.

Aufgrund der Platzverhältnisse in den bestehenden Standorten besteht wenig Aussicht diese in Zukunft auf "Mode 3 dedicated up to 32 A 3-phasen" aufzurüsten.

Planungskarte Park&Charge Schweiz Feb. 2000