Dank dynamischem Lastmanagement

E-Autos laden – ganz nebenbei im Smart Home mit KNX

27. Februar 2023, 11:30 Uhr | Heinz Arnold

Dank des dynamischen Lastmanagements lassen sich E-Autos über Nacht zuverlässig aufladen – ohne Abstriche am Komfort des Smart Homes und trotz des schleppenden Ausbaus des Stromnetzes.

Grundsätzlich freuen sich alle, dass die Elektromobilität an Fahrt aufnimmt und die Zahl der Elektroautos endlich kräftig in die Höhe steigt. Zumal auch die Zahl der PV-Anlagen auf dem Dach der Häuser steigt. Denn nun lässt sich der PV-Strom noch zusätzlich nutzen, um das Auto zu laden. Doch leider wächst die Infrastruktur – also das Stromnetz, das die Haushalte versorgt – nicht mit. Hier bleibt auf absehbare Zeit alles erst einmal beim Alten.

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So funktioniert dynamisches Lastmanagement

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Das fällt vor allem dann ins Gewicht, wenn plötzlich mehr als ein Auto von einem Haus aus geladen werden soll. Oder wenn es sich um ein Mehrfamilienhaus handelt, an dem fünf Ladeplätze installiert werden sollen. Würden dann fünf Autobesitzer abends mehr oder weniger zum selben Zeitpunkt ihre Fahrzeuge an die vorgesehenen Ladepunkte anschließen, dann würde die Haussicherung herausfliegen – alle säßen im Dunkeln. Normalerweise verhindert das schon der Elektriker, der sich weigern würde, überhaupt in ein solches Haus fünf Ladestationen einzubauen. Also „aus der Traum“ von der neuen Elektromobilität?

Nein, denn es gibt eine intelligente Antwort! »Dynamisches Lastmanagement« lautet das Zauberwort. Dann müssten keine teuren Netzanschlüsse ins Haus gelegt und keine Straßen aufgerissen werden.

Das Schöne ist, dass bereits viele Haushalte bzw. Mehrfamilienhäuser und Wohnanlagen über ein Smart-Home-System verfügen. Ganz ähnlich gilt das für Gewerbetreibende und ihre Fuhrparks, zu denen abends viele Autos zurückkehren, um für den nächsten Tag geladen zu werden. Auch diese Unternehmen setzen vielfach auf KNX für die Automatisierung. In dieses System sind beispielsweise die PV-Anlage, die Wärmepumpe, der Speicher und der Netzanschluss integriert. Dann fehlt nur noch ein Element, das dafür sorgt, dass die Ladestationen für das Auto zusätzlich in das Smart-Home-System eingebunden werden können.

So funktioniert dynamisches Lastmanagement

Auf Basis des »SMART CONNECT KNX e-charge II« hat Helmut Haßenpflug, Systemintegrator und Geschäftsführer von IGT, ein dynamisches Lastmanagement aufgebaut – für alle Smart Homes, die mit KNX arbeiten, was ohnehin die meisten tun.

Damit erhält der Smart Home-Bewohner die volle Transparenz, er kann über seine Steuerung und seine App nicht nur sehen, was im Haus passiert, sondern auch, wie das Auto lädt – ohne dass dafür eine Bridge oder Gateway erforderlich wäre, denn »SMART CONNECT KNX e-charge II« ist lokal eingebunden. Der Vorteil des dezentralen Aufbaus: Weil es keine Zentrale gibt, kann sie auch nicht ausfallen und damit das Gesamtsystem lahmlegen.

Was aber zunächst noch viel wichtiger ist: Der Bewohner kann sich nun sicher sein, dass das Auto geladen wird, ohne dass dies den Anschluss in seinem Haus überlastet, die Sicherung auslöst und er im Dunkeln sitzt.

Weil der »SMART CONNECT KNX e-charge II« das Protokoll verschiedener Wallboxen in KNX übersetzt, funktioniert das sogar mit mehreren Wallboxen verschiedener Hersteller. Dazu gehören beispielsweise die Wallboxen von Mennekes, Schneider electronic, Schrack Technik und KEBA - die Zahl der Wallboxen, die an »e-charge II« angebunden werden können, steigt ständig. Weil »e-charge II« kontinuierlich und automatisch weiterentwickelt wird, muss sich der Nutzer über die jeweiligen Updates keine Sorgen machen.

Und weil die Wallboxen untereinander alle KNX sprechen, verstehen sie sich und das Lastmanagement funktioniert. Ist erst einmal eine Wallbox »mit e-charge II« verbunden, dann können sehr einfach vier weitere folgen, ein »e-Charge II« kann also das dynamische Lastmanagement für bis zu fünf Wallboxen durchführen. Mehrere Geräte lassen sich kaskadieren. »Damit können wir nicht nur viele interessante und intelligente Dinge machen, der Smart-Home-Besitzer kann jederzeit ins System schauen und sieht genau, was das oder die Autos gerade machen«, erklärt Helmut Haßenpflug. Der Nutzer sieht Geräteinformationen im Smart Home bequem über eine einzige Oberfläche und kann alles sofort erkennen und steuern.

Genau hingeschaut: Das passiert am Ladepunkt

Dazu ein konkretes Beispiel: Der Autobesitzer kehrt abends nach Hause zurück und schließt sein Fahrzeug an eine 16A/11kW-Ladestation an. Jetzt wird es mit 16 A und 11 kW geladen. Auf dem Smartphone ist zu sehen, dass alles störungsfrei und reibungslos funktioniert. Aber was geschieht, wenn plötzlich mehrere Verbraucher im Haus zugeschaltet werden, beispielsweise der Elektroherd oder die Waschmaschine? Dann würde das System bereits an seine Grenzen stoßen. Jetzt muss nur noch ein weiterer Verbraucher, etwa ein Heizlüfter, hinzukommen –schon sind die zulässigen Werte überschritten und die Sicherung müsste auslösen. Dann herrscht Dunkelheit – Blackout!

Doch genau dieser Fall tritt nicht ein, denn »e-charge II« tritt in Aktion und reduziert den Ladestrom auf 6 A/4,1 kW deutlich, um auf der sicheren Seite zu sein. Doch er ist intelligent: So lernt er über die Zeit, wieviel der neu eingeschaltete Heizlüfter tatsächlich verbraucht, außerdem weiß er, dass es nicht viel schadet, wenn das Auto in der Nacht langsamer geladen wird, die Wachmaschine dagegen nicht unterbrochen werden darf. So arbeitet er sich Schritt für Schritt nach oben, bis er bei einer Ladeleistung von 11 kW angekommen ist, was deutlich über den anfänglichen 4,1 kW liegt. »Selbstverständlich ist beim Anfangswert immer noch eine ausreichende Sicherheitsreserve drin, die gewährleistet, dass das System nicht ans Limit kommt, sobald sich ein weiterer Verbraucher einschaltet«, so Haßenpflug.

Das gesamte Potenzial des dynamischen Lastmanagements heben

Was alles im dynamischen Lastmanagement steckt, zeigt sich so richtig, wenn in einer Wohnanlage fünf oder mehr Wallboxen angebracht sind, beispielsweise für jede Wohnung eine. Dank der Logik, die Helmut Haßenpflug auf Basis des »SMART CONNECT KNX e-charge II« für Funktionen wie PV-Überschussladen, Wärmepumpe, Heizstab und Hausbatterie aufgebaut hat, können bis zu fünf Wallboxen betrieben werden. Falls mehr Wallboxen erforderlich sind, erfolgt das Lastmanagement nicht mehr im »e-charge II«, sondern ebenfalls mittels eines KNX-Logikbausteins, dessen Logik wiederum Haßenpflug entwickelt hat. Jetzt kann das Lastmanagement von beliebig vielen Wallboxen erfolgen, wobei über den »e-charge II« Gruppen von je fünf Wallboxen angebunden werden. Dann kann ein dreistufiges Lastmanagement umgesetzt werden, das die oben genannten Funktionen umfasst, wobei zusätzliche Sonderwünsche Berücksichtigung finden können. Die Bedienung über APP ist ebenfalls möglich. Durch die Einbindung in KNX stehen dem Systemintegrator also alle Möglichkeiten aus der KNX-Welt zur Verfügung.

Der Anschluss eines solchen Hauses ist meist auf 125 A ausgelegt. Wenn das erste Auto geladen wird, ist ausreichend Spielraum vorhanden, um mit beispielsweise 30 A zu laden – in Abhängigkeit von den Verbräuchen in den Wohnungen. Wenn nun aber in schneller Folge Autos auch an den vier verbliebenen Stationen geladen werden sollen, so reguliert das dynamische Lastmanagement – in diesem Fall der »e-charge II« – den Ladestrom immer weiter herunter und sorgt dafür, dass die Haussicherung nicht ausgelöst wird. Weil die meisten Verbraucher – ob Waschmaschine, Elektroherd oder Durchlauferhitzer – nicht über längere Zeit eingeschaltet arbeiten, bleibt in der Nacht genügend Zeit, dass alle fünf Autos auf jeden Fall am nächsten Morgen voll aufgeladen sind. Dazu müssen sich die Bewohner in keinerlei Weise einschränken. Dank des dynamischen Lastmanagements können die Hausbewohner den vollen Komfort ihres Smart Homes nutzen und zusätzlich ihre E-Autos über Nacht zuverlässig aufladen – und zwar ohne dass der Netzanschluss ans Haus für hunderttausende von Euros aufgerüstet werden muss.