Pufferspeicher in Ladestationen: Das steckt hinter der hybriden Ladelösung

Öffentliche Ladestationen, die Wallbox im Eigenheim oder Ladesäulen im Fuhrpark – alle haben sie eines gemeinsam: Sie sind netzgebunden und bei E-Mobilisten die erste Anlaufstelle, wenn der Stromer geladen werden muss. Doch die Innovation macht auch vor Ladetechnologien keinen Halt und so tauchen vermehrt neuartige batteriegestützte Ladelösungen auf. Was es damit auf sich hat, wie diese Batteriepufferspeicher funktionieren und wie sinnvoll sie wirklich sind, erfahren Sie hier.

So funktionieren Batteriepufferspeicher

Batteriespeicher als Ladelösung für E-Fahrzeuge scheinen eine interessante Alternative zu herkömmlichen Ladepunkten zu sein. Das Prinzip kann man sich dabei wie eine Art Toiletten-Spülung für das Stromnetz vorstellen. Der Ausdruck mag auf den ersten Blick wohl etwas weit hergeholt sein, aber genau so funktionieren die Batteriespeicher. Der aufgebaute Leistungspuffer in der Batterie der Ladestation ermöglicht es, mehr Leistung als der Anschluss eigentlich hergibt, an das Fahrzeug weiterzugeben. Ist der Ladevorgang beendet, fließt neuer Strom aus dem Netz oder über Photovoltaikanlagen wieder langsam in den Pufferspeicher und füllt diesen bis zum nächsten Ladevorgang auf. Ein genauerer Blick auf die batteriegestützten Schnelllader einiger Anbieter:

Der chinesische Ladeinfrastruktur-Hersteller XCharge möchte mit seiner Net Zero Ladesäule bald auch im europäischen Markt Fuß fassen. Die Ladestation wird über eine eigene Steckdose mit dem Netz verbunden, um den eingebauten Batteriespeicher langsam zu laden. Der jeweilige Betreiber muss dafür (je nach Modellvariante) einen 30 bzw. 60 kW Stecker am Standort bereitstellen. Anschließend kann die Ladestation ohne einen Elektriker angeschlossen werden. Laut Hersteller ist für das Gerät kein Fundament nötig, was die Installation zusätzlich vereinfacht.

Die batteriegestützte ChargeBox von ADS-TEC Energy macht das Laden mit bis zu 320 kW Leistung möglich. Durch den integrierten Batteriespeicher können so Schnellladepunkte auch in Niederspannungsnetzen errichtet werden. Für die Installation sind zwar kleinere Baumaßnahmen für ein Fundament, jedoch kein Netzausbau notwendig.

Die batteriegepufferte Schnellladesäule Drive Booster ist das Ergebnis einer Kooperation zwischen E.ON und Volkswagen. Hier können zwei Fahrzeuge gleichzeitig mit jeweils bis zu 150 kW laden – insgesamt maximal 250 kW. Auch dieses Modell kommt ohne Tiefbauarbeiten oder Anpassungen des örtlichen Netzanschlusses aus. Ein einfacher Stromanschluss mit 32 A genügt. Besonders interessant ist die nachhaltige Batterienutzung. Die verbaute 193,5 kWh-Batterie stammt aus Volkswagens Modularem Elektrifizierungsbaukasten. So finden in Zukunft auch Second-Life-Batterien aus E-Fahrzeugen eine neue Bestimmung als ergänzender Pufferspeicher. Die Lösung soll in den kommenden Monaten auf dem deutschen Markt erhältlich sein.

Eine bereits erhältliche batteriegepuffte Schnellladesäule stammt aus dem Hause Kreisel. Die Chimero Ladestation lädt mit einer maximalen Ausgangsleistung von 120 kW, welche zwischen 2 Fahrzeugen aufgeteilt werden kann. Die Batteriekapazität liegt hier bei bis zu 115 kWh (netto). Für einen reibungslosen Betrieb sind Netzanschlussleistungen von mindestens 60 kW erforderlich. Zudem ermöglichen verschiedene Zusatzoptionen Zahlungsterminals oder das bidirektionale Laden.

4.000 kWh, die Speicherkapazität der me energy Ladestation

Nachteile batteriegestützter Ladesäulen führen zu Problemen bei Schnellladevorgängen

Zwar sind alle wichtigen Komponenten zum schnellen Laden in den Säulen selbst verbaut, dennoch können benötigter Platz und weitere Faktoren Probleme mit sich bringen. Diese Schwachstellen haben batteriegestützte Ladepunkte:

• Speicherkapazität: Die durchschnittliche Speicherkapazität der Batteriepuffer beträgt 60 bis 200 kWh. Das sind maximal ca. 3 bis 7 Ladevorgänge. Zum Vergleich: Die netzunabhängige Schnellladestation von me energy stellt mit einem vollen Energiespeicher 4.000 kWh Ladestrom und somit mehr als 60 Ladevorgänge zur Verfügung.
• Platz: Batterielösungen benötigen mehr Platz als nur Ladestationen. Bei integrierten Pufferbatterien wird die Ladestation etwa 50 Prozent größer. Externe Batterielösungen können schnell auch mehr als doppelt so viel Platz einnehmen. Zu beachten ist: Wer seinen Pufferspeicher über Photovoltaikanlagen wieder befüllt, braucht dafür eine sehr große Fläche, da Photovoltaik unter den besten Umständen etwa 0,1 kW pro m². Für einen 32 A Anschluss wird so eine Fläche von mindestens 11 x 12 m notwendig. Selbst dann ist die Anschlussleistung nur unter besten Bedingungen im Sommer zu erbringen.
• Anschluss: Auch wenn die batteriegestützten Ladelösungen suggerieren, dass der Anschluss auch im Niederspannungsnetz und somit fast überall möglich ist, muss die Basis des elektrischen Anschlusses überhaupt erst vorhanden sein. Wenn die Batterie viele Ladevorgänge pro Tag liefern soll, erfordert dies auch eine entsprechende Leistung. Ansonsten muss nachgerüstet werden.
• Baumaßnahmen und Genehmigungen: Gerade im öffentlichen Raum ist der Zugang zu Strom etwas komplizierter und Steckdosen liegen nicht auf der Straße herum. Auch die Stromnetzbetreiber haben hier ein Wort mitzureden und entsprechende Genehmigungen müssen für den Bau netzgebundener Ladelösungen eingeholt werden. Hinzu kommt, dass ein Großteil der batteriegestützten Ladesäulen Vorgaben zum Untergrund am Standort haben werden – nicht zuletzt wegen des Eigengewichts. Dann ist dies mit kleineren bis großen Baumaßnahmen verbunden. Ausnahmen könnten befestigte Parkplätze oder Betriebsgelände sein.
• Wirtschaftlichkeit: Viele Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen rechnen für eine wirtschaftliche Nutzung mit über 8 Ladevorgängen pro Tag. Bei hochfrequentem Laden kommen die Pufferspeicher so schnell an ihre Grenzen. Wenn nämlich mehr Leistung gezogen wird, als aus dem Netz hinterherkommt, reduziert sich die wirtschaftliche Nutzungszeit stark. Schließlich ist der Schnelllader damit beschäftigt, selbst zu laden und dient in dieser Zeit nur als eine gewöhnliche AC-Ladesäule. Auch Verluste für das Zwischenspeichern dürfen nicht vergessen werden. Als Daumenregel kann man durch den Batteriepuffer etwa mit 20 Prozent höheren Stromkosten pro kWh rechnen.
• Leistung: Wenn eine Ladeleistung von 300 kW zur Verfügung steht, klingt das verlockend. Jedoch gibt es kaum E-Fahrzeuge, die überhaupt imstande sind, mit dieser Leistung zu laden. Und wenn, dann sind sie in der Regel noch viel zu teuer in der Anschaffung und können nur für eine sehr kurze Zeit die Leistung aufnehmen. Die meisten E-Fahrzeuge laden eher im Bereich zwischen 100 und 150 kW.
• Abhängigkeit: Batteriegestützte Ladelösungen sind komplett abhängig vom Stromnetz. Fällt der Strom aus, kann auch der Pufferspeicher nicht mehr gefüllt werden.

Business Case – E-Tankstelle

Mit Schnellladestationen im Fokus kann ebenfalls ein komplett eigenes Business Model entstehen. Aus der klassischen Tankstelle wird so beispielsweise eine reine E-Tankstelle. Vielerorts gibt es bereits eigenständig funktionierende Waschanlagen: Kunden fahren vor, waschen ihr Fahrzeug, bezahlen und verlassen das Gelände wieder. Auch diese Standorte können mit Schnellladern leicht aufgestockt und mit einer lukrativen Geschäftserweiterung umgerüstet werden. Auch wenn das Schnellladen verhältnismäßig wenig Zeit in Anspruch nimmt, können Nutzer die Wartezeit indes mit einem Kaffee- oder Snackautomaten angenehm überbrücken. Aufmerksamkeit darf natürlich auch nicht fehlen, deshalb eignen sich die Schnellladestationen ideal zum Branden mit Klebefolien im eigenen Corporate Design. So einfach kann Geschäftsvergrößerung gehen.

So nachhaltig sind Ladelösungen mit Pufferspeicher

Um die Leistung überhaupt speichern zu können, werden Batterien oder Akkus benötigt. Da der verbaute Akku deutlich größer sein muss als die klassische Batterie im E-Fahrzeug, werden allein schon bei der Produktion der Ladestation entsprechend viele Ressourcen verbraucht. Hinzu kommt, dass die Lebenszeit der Akkus begrenzt und die Fertigungskapazität von Zellen für Batterien beschränkt ist. Mit der Speicherkapazität einer batteriegestützten Ladeeinheit können vier E-Fahrzeuge ausgestattet werden. Somit schleppen Pufferspeicher nicht nur ihren eigenen CO₂-Rucksack mit sich, sondern verlangsamen auch die Verbreitung der E-Mobilität.

Ein weiterer Faktor ist der Strom, der in den Stationen gespeichert wird. Nur, wenn grüner Strom hineinfließt, kann auch grüner Strom geladen werden. Wenn in den Wintermonaten große Teile ökologischer Stromquellen wegfallen, wirkt sich das auch auf die netzgebundenen Ladestationen aus. Netzautarke Schnellladestationen von me energy hingegen sind das ganze Jahr über grün. Hier wird der Bioethanol-Speicher mit grüner Biomasse befüllt.

Batteriepufferspeicher unterm Strich

Batteriegestützte Ladelösungen ermöglichen „schnelles“ Laden an Standorten, wo dies eigentlich gar nicht möglich wäre. Dennoch ist die DC-Ladeleistung aufgrund von Speicherkapazität und dem eigenen Laden der Stationen nur begrenzt verfügbar. me energy setzt dafür auf wirklich nachhaltige und wirtschaftliche Wege, um DC-Laden zu ermöglichen. Und das sogar komplett stromnetz- und jahreszeitenunabhängig.