Gleichzeitigkeitsfaktor

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Der Gleichzeitigkeitsfaktor (englisch simultaneity factor or coincidence factor) dient zur Abschätzung, wie stark ein Versorgungssystem typischerweise ausgelastet werden wird, um es passend zu dimensionieren. Er beruht auf Erfahrungswerten und Entscheidungen.

Werden beispielsweise für ein Neubaugebiet die Versorgungsleitungen für Wasser, Strom, Gas und Kommunikation ausgelegt, so muss einerseits die Versorgung zu Spitzenzeiten sichergestellt sein und andererseits soll keine Überdimensionierung mit höheren Herstellkosten erfolgen. Wenn alle Anschlüsse gleichzeitig zu 100 % beansprucht werden, dann ist der Wert des Faktors 1. Werden nur 10 % der Leistung abgerufen, beträgt dieser entsprechend 0,1. Der Gleichzeitigkeitsfaktor wird auch bei Elektroinstallationen in Gebäuden (Häuser, Wohnungen, Werkstätten) betrachtet.[1]

Wohnungen

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Laut DIN 18015-1 Anhang A wird in Deutschland für eine Wohneinheit ohne elektrische Warmwasserbereitung eine Leistung von ca. 15 kVA benötigt, für drei solcher Wohnungen wird laut Diagramm nur ein Leistungsbedarf von ca. 30 kVA vorgesehen. Der Gleichzeitigkeitsfaktor g beträgt ca. 0,67, da keine rechnerischen 45 kVA für 3 Wohnungen angesetzt werden. Für zehn Wohneinheiten ergeben sich ca. 55 anstatt 150 kVA (g = 0,37). Bei 100 Wohneinheiten sind nur ca. 110 kVA statt 1500 kVA bereitzustellen, so dass der Gleichzeitigkeitsfaktor mit g = 0,07 deutlich unter ein Zehntel sinkt. In doppelt logarithmischer Darstellung flacht die zugrunde gelegte Kurve ab.

Bei Wohneinheiten mit elektrischer Warmwasserbereitung (z. B. mit Durchlauferhitzer) wird eine Leistung von ca. 34 kVA angesetzt, für 24 Wohnungen aber nur eine Gesamtleistung etwa 140 kVA anstatt 816 kVA eingeplant. Bei dieser Gesamtleistung ergibt sich der Gleichzeitigkeitsfaktor g = 0,18.[2]

Laden von Elektroautos

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Die durchschnittlichen tägliche PKW-Fahrleistung in Deutschland beträgt 37 km, im Elektroauto reichen dafür 6 bis 7 kWh. Je nach der im Fahrzeug möglichen, eingestellten bzw. verfügbaren Ladeleistung kann dies über einen Zeitraum von einer Viertelstunde bis hin zu mehreren Stunden erfolgen. Je nach Akkugröße und Fahrten kann aber auch längere Zeit gar nicht geladen werden. Aufgrund der Marktentwicklung werden Erfahrungen mit dem Ladeverhalten der Fahrer und den zeitlichen Überschneidungen noch gesammelt.

Um den Gleichzeitigkeitsfaktor der Ladevorgänge zu reduzieren, werden Lastmanagementsysteme eingesetzt.

Wird zuhause oder am Arbeitsplatz geladen, so erfolgt dies innerhalb einer Standzeit von ca. 8 bis 12 Stunden. Die in den verschiedenen Fahrzeugen verbauten Ladegeräte sind sehr unterschiedlich. Einige können nur einphasig laden, wobei der Leitungsschutzschalter die Stromstärke auf 16 A begrenzt, und zusätzlich an Schuko-Steckdosen der Strom aus Sicherheitsgründen auf 13 A (2,99 kW) begrenzt wird.[3] Zudem kann der Ladestrom im Fahrzeug oder an der zwischengeschalteten In-Kabel-Kontrollbox wahlweise begrenzt werden, etwa auf 6 oder 8 A (1,38 oder 1,84 kW) oder 12 A (2,76 kW). Bei Fahrzeugen mit dreiphasigen Ladegeräten entwickelt sich ein Maximum von 11 kW (3 × 16 A) zum Standard, 22 kW (3 × 32 A) haben nur der Renault Zoé in Serie, als Option in beiden Smart-EQ-Generationen seit 2012 sowie beim Tesla Model S bis 2016 (Doppellader). Neuere Premium-Fahrzeuge wie Mercedes-Benz EQS bieten ebenfalls als Option die Verdopplung von 11 kW auf 22 kW an.

Im Modellversuch „E-Mobility Allee“ zum Laden von Elektroautos hat Netze BW der Hälfte der Haushalte einer Straße in Ostfildern zehn Elektroautos und die Ladeinfrastruktur zur Verfügung gestellt. Dabei ergab entgegen der Annahme, dass „alle E-Autos nach Feierabend gleichzeitig laden und dadurch das Netz überlasten“, maximal nur fünf Fahrzeuge zeitgleich geladen wurden (Gleichzeitigkeitsfaktor 0,5) und das nur in 0,1 % der Zeit.[4] Ein weiterer Versuch wurde in Tamm durchgeführt.[5][6]

Der VDE kam in einer Studie zu Gleichzeitigkeitsfaktoren für Ladevorgänge an privaten Ladepunkten zu dem Schluss, dass der Gleichzeitigkeitsfaktor mit zunehmender Ladepunktzahl zunächst sehr schnell und danach langsamer abnimmt. Bei 10 Ladepunkten beträgt der Gleichzeitigkeitsfaktor noch 0,6, bei 20 Ladepunkten 0,35, bei 50 Ladepunkten 0,26, bei 150 Ladepunkten ca. 0,17 und bei 1.500 Ladepunkten noch ca. 0,12. Für die Netzdimensionierung ist aber nicht der Gleichzeitigkeitsfaktor, sondern der resultierende Leistungsbeitrag relevant. Dieser ergibt sich aus der Multiplikation von Gleichzeitigkeitsfaktor, Anzahl der Ladepunkte und Ladeleistung. Bei 20 Ladepunkten ergeben sich mit dem Gleichzeitigkeitsfaktor 0,35 bei einer Ladeleistung von 11 kW (dreiphasige Ladung mit 16 Ampere) 77 kW. Auf Grund der geringeren Tageswegstrecken liegt in großstädtischen Gebieten der Leistungsbeitrag um rund 20 % darunter, bei dörflichen Gebieten um 20 % darüber.[7]

Ein anderes Szenario liegt vor, wenn Elektroautos unterwegs möglichst schnell mit Leistung von 30 bis 270 kW, je nach Fahrzeug, nachgeladen werden sollen. Das Netz der Tesla Supercharger wurde in Version V2 so ausgelegt, dass zwei Anschlüsse sich die 145 kW Leistung eines Gleichrichters des Superchargers teilen. Die Supercharger sind den Fahrzeugen von Tesla vorbehalten.[8] Dem ersten Fahrzeug wird dabei die volle Leistung zugeteilt. Die Ladeelektronik kann diese nur kurzzeitig nutzen, da die Ladeleistung zur Lebensdauerverlängerung der Batterie reduziert wird. Das zweite Fahrzeug bekommt die restliche verfügbare Leistung. Bei Ladestation-Anbietern für alle Marken und Fahrzeuge, etwa Ionity, ist eine Abschätzung der Auslastung schwieriger.

Weitere Beispiele

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Einzelnachweise

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  1. ↑ [1] Elektroinstallationen planen und kalkulieren, Vogel Fachbuch, ISBN 978-3-8343-3054-3, Auszug (PDF, 490 kB), abgerufen am 30. Oktober 2021.
  2. ↑ Elektropraktiker 1/2010: Änderung der Hauptstromversorgung
  3. ↑ Sven Bonhagen, Mobile Wallbox an Haushaltssteckdose? in Fachzeitschrift de 19.2020 (elektro.net) (PDF, 1,3 MB)
  4. ↑ 28. Oktober 2019 Netze BW sieht sich für Elektromobilität gut gerüstet
  5. ↑ https://www.netze-bw.de/News/e-mobility-carre-tamm
  6. ↑ Friedhelm Greis, So wenig Strom brauchen Elektroautos, in Golem.de vom 23. April 2021, abgerufen am 4. August 2021.
  7. ↑ https://www.vde.com/resource/blob/2093290/f88d9a470a0ac56f8dbba7e7a8136b8a/01-download-studie-gleichzeitigkeitsfaktoren-data.pdf
  8. ↑ Maximale Tesla Ladeleistung im Vergleich. In: teslawissen.ch. 17. Juli 2021, abgerufen am 4. August 2021.
  9. ↑ www.drucklufttechnik.de
  10. ↑ Gerd Böhm, Trinkwassererwärmung in IKZ Haustechnik, Ausgabe 20/1998, Seite 30 ff.
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