Ratgeber
Elektromobilität ist ein Thema, das in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat und vielleicht eine der wichtigsten technologischen Innovationen für eine grünere Zukunft. Die aktuellen Statistiken des Kraftfahrt-Bundesamtes zeigen, dass sich auch in Deutschland immer mehr Menschen beim Autokauf (oder Leasing) für ein Elektromodell entscheiden.
Doch mit der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen, wächst auch die Notwendigkeit eines zuverlässigen und effizienten Ladeinfrastrukturnetzes. Denn irgendwann ist auch der größte Akku erschöpft und muss geladen werden. Daher steigt mit zunehmendem Interesse an Elektroautos auch die Anzahl der Fragen rund um das Thema E-Auto laden, Ladesäulen und Ladestationen.
Wir wollen daher in diesem Ratgeber auf die Funktionsweise einer Ladestation, die verschiedenen Ladeverfahren und Arten von Ladestationen sowie Funktionen und Betriebsarten eingehen – und Ihnen möglichst viele Informationen an die Hand geben, damit Sie ihr Elektrofahrzeug optimal "betanken" können.
Ratgeber zum Thema Elektromobilität
Erfahren Sie in unseren Ratgebern mehr über Elektromobilität, ob Sie ein E-Auto besser kaufen oder leasen sollten und welche staatlichen oder regionalen Fördermöglichkeiten es gibt. Außerdem informieren wir Sie darüber, was Sie beim Laden beachten sollten und wie Sie mit Ihrem Elektrofahrzeug gut durch den Winter kommen.
Eine Elektroauto-Ladestation, auch Ladepunkt oder Ladestation für Elektrofahrzeuge (EV) genannt, ist eine Einrichtung, die verwendet wird, um E-Fahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen. So weit, so technisch. Im Prinzip handelt es sich also um eine Tankstelle, die Strom bereitstellt.
Stromquelle, Ladegerät, Verbindung zum E-Fahrzeug
Eine E-Auto-Ladestation besteht in der Regel aus einer Stromquelle, einem Ladegerät und einer Verbindung zum Elektrofahrzeug. Dabei kann die Stromquelle sowohl das öffentliche Stromnetz sein oder auch eine eigenständige, wie etwa Solar- oder Windenergie.
Das Ladegerät wandelt dann den Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um, der für die Ladung des Akkus benötigt wird.
Die Verbindung zum E-Auto erfolgt schließlich über das Ladekabel, das in den entsprechenden Anschluss am Fahrzeug gesteckt wird. Eine Ladestation ist also der Übergabepunkt vom Energienetz zum E-Fahrzeug.
Verschiedene Arten von Ladestationen
Grundsätzlich ist auch noch anzumerken, dass es verschiedene Arten von Ladestationen gibt, die sich sowohl in Ladeleistung als auch den unterstützten Steckertypen unterscheiden können. Da sind die langsameren Stationen, die üblicherweise bei Privathaushalten (Wallbox) oder Arbeitsplätzen angebracht sind und bei denen das Aufladen des Fahrzeugs mehrere Stunden dauern kann. Und dann gibt es die Schnellladesäulen an öffentlichen Orten, Autobahnen oder in der Nähe von Einkaufszentren, bei denen der Akku innerhalb kürzester Zeit wieder aufgeladen werden kann.
Was macht man also, wenn man sein Auto gerne zuhause wieder aufladen möchte? Braucht man überhaupt eine Wallbox? Kann man sein E-Auto nicht einfach an einer Steckdose anstecken, so wie beispielsweise einen Staubsauger oder das Ladegerät seiner Bohrmaschine auch?
Hierzu muss man wissen, dass der Akku eines Elektroautos ein beachtliches Fassungsvermögen hat, um die aktuellen Laufleistungen moderner Elektroautos zu ermöglichen. Wenn so ein hochkapazitiver Fahrzeugakku komplett leer ist, kann er einen sehr hohen Ladestrom aufnehmen.
Laden an der Haushaltssteckdose höchstens im Notfall
Die Steckdose (auch Schutzkontakt-Steckdose bzw. CEE-Steckdose genannt) als Stromquelle wäre damit schnell überfordert. Denn Steckdosen sind mit einer Leistung von 230 Volt und einer Stromstärke von 10-16 Ampere auf den Transport viel kleinerer Strommengen ausgelegt. Sie liefern daher nur eine Ladeleistung von 2,4 kW bis max. 3,7 kW – viel weniger als der eigentliche Bedarf eines E-Autos. Das Stromnetz bzw. die heimische Elektroinstallation kann daher leicht überlastet werden.
Aus diesem Grund empfehlen Autohersteller dies nur für den Notfall. Und auch nur dann, wenn im Ladekabel eine Kontrollbox (ICCB In Cable Control Box) integriert ist, damit die Netzsteckdose durch den Energiebedarf des Fahrzeuges nicht überlastet wird.
Vorzüge des Ladens über eine Wallbox
Besser ist das Laden über eine Heimladestation, eine sogenannte Wallbox. Diese bietet im Vergleich zum Laden über eine herkömmliche Haushaltssteckdose gleich mehrere Vorteile:
1. Ladeleistung
Eine Wallbox bietet eine viel höhere Ladeleistung als eine normal Haushaltssteckdose. Während diese normalerweise 2-3 kW bereitstellen kann, können Wallboxen – je nach Modell und Installation – eine Ladeleistung von 11 kW bis 22 kW bieten. Das verkürzt die Ladezeit erheblich.
2. Sicherheit
Wallboxen sind speziell für das Laden von Elektrofahrzeugen konzipiert und besser für den dauerhaften Einsatz ausgelegt als Haushaltssteckdosen. So verfügen sie beispielsweise über zusätzliche Sicherheitsfunktionen wie etwa einen Fehlerstromschutzschalter (FI-Schutzschalter), der verhindert, dass der Gleichstrom aus der Wallbox wieder in das Wechselstromnetzt einfließt. Der Leitunsschutzschalter (LS-Schalter), auch als Sicherungsautomat bezeichnet, schützt die Anschluss-Leitung zur Wallbox oder Steckdose (CEE) vor Überhitzung durch eine zu hohe Stromleistung. Wird eine bestimmte Grenze überschritten, schaltet der LS-Schalter den Stromkreis ab.
3. Komfort
Da eine Wallbox speziell zum Laden von Elektrofahrzeuge da ist, müssen Sie nicht jedes Mal ein Ladekabel ein- und ausstecken. Stattdessen können Sie es einfach an der Ladestation befestigen. Das mach das Laden bequemer und verhindert, dass das Kabel beschädigt oder verschmutzt wird.
Außerdem sind die allermeisten Wallbox-Modelle über Smartphones oder Tablets steuerbar. So kann man den Ladevorgang überwachen und nach Belieben starten oder stoppen oder auch die Ladeleistung eingestellen. Außerdem lässt sich das Laden timen – entweder um zur Neben- oder Nachtzeit durch günstigeren Strom Kosten zu sparen, oder auch nur um sicherzustellen, dass man für die nächste Fahrt zuverlässig einen vollen Akku.
4. Lastmanagement
Einige Wallboxen ermöglichen auch ein sogenanntes Lastmanagement. Das heißt, dass die Ladegeschwindigkeit je nach Bedarf und verfügbarer Stromkapazität des Haushalts angepasst werden kann. Der Ladestrom sollte zwar hoch genug sein, damit das E-Auto schnell wieder einsatzbereit ist, aber gleichzeitig muss auch eine Überlastung des Stromnetzes verhindert werden. So wird sichergestellt, dass die anderen elektrischen Geräte im Haushalt weiterhin problemlos funktionieren können.
Wieviel Strom letztendlich dem E-Auto zur Verfügung gestellt wird, hängt davon ab, welcher Stromanschluss zur Verfügung steht. Wenn die Ladestation lediglich mit 230 V Wechselspannung versorgt wird, kann sie weit weniger Leistung abgeben, als wenn sie über drei Phasen mit 400 V Drehstrom versorgt wird.
Ein kleines Rechenbeispiel zur Veranschaulichung:
Ein Elektro-Fahrzeug benötigt ca. 15 bis 20 kW pro 100 km Reichweite. Bei einer durchschnittlichen Ladeleistung von ca. 10 kW benötigt man rund 2 Stunden, um elektrische Energie für 100 km Reichweite zu „tanken“. Erfolgt die Aufladung lediglich mit ca. 3 kW, benötigt man für die gleiche Energiemenge rund 6 Stunden.
Das zeigt: Um ein Auto in einem praxistauglichen Zeitraum wieder aufzuladen, braucht es Ladeleistungen von deutlich über 3,7 kW. Diese Ladeleistung kann eine Wallbox bereitstellen.
Allerdings sollte man wissen: Die Wallbox selbst ist nicht das Ladegerät! Der eigentliche Ladevorgang findet innerhalb des Fahrzeuges statt.
Das Laden eines Elektrofahrzeuges kann auf verschiedene Arten erfolgen. Bei den unterschiedlichen Ladekonzepten ist es entscheidend, welche Spannungs- bzw. Stromquelle zur Verfügung steht. Es wird über Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) mit unterschiedlichen Leistungen geladen.
Laden mit Wechselstrom
Wechselstrom steht an jeder haushaltsüblichen Netzsteckdose zur Verfügung. Allerdings beträgt bei nur einer Phase mit 230 V und max. 16 A die Leistung max. 3,7 kW.
Was für normale Haushaltsgeräte wie Kaffeemaschine, Bügeleisen oder Heizlüfter locker ausreicht, ist für ein Elektroauto eher schwach dimensioniert. Der Ladevorgang dauert je nach Kapazität und Ladezustand des Akkus leicht zehn oder noch mehr Stunden. Wenn das Fahrzeug dabei sicher über Nacht in der heimischen Garage steht, ist das nicht unbedingt ein großes Problem.
Allerdings kann es beim Laden über eine normale Steckdose zu ernsthaften Sicherheits-Risiken kommen, da diese nicht auf das Laden von E-Autos ausgelegt sind.
Wenn's nicht anders geht: Mit Universalladekabel an Haushaltssteckdosen laden
Einige Fahrzeughersteller legen ihren Fahrzeugen eine In-Kabel-Kontrollbox (ICCB In Cable Control Box) bei, um im Notfall auch außerhalb der heimischen Garage oder jenseits von öffentlichen Ladesäulen einen Ladevorgang an einer Netzsteckdose durchführen zu können. In der Regel ist so eine ICCB-Box mit einem Mode-2-Ladekabel kombiniert. Dieses sogenannte Universalkabel kann dank der Erweiterung durch Adapter universell an allen herkömmlichen Steckdosen mit 230 V-Wechselstrom verwendet werden. Je nach Modell ist ein DC-Fehlerstromschutz integriert und es ist möglich, Ladezeiten und Leistungsstärken einzustellen.
Laden mit Drehstrom
Für den heimischen Gebrauch ist eine Ladestation, die an Drehstrom – auch Drei-Phasen-Wechselstrom genannt – angeschlossen wird, die bessere Lösung. Im Gegensatz zum Wechselstrom mit nur einer Phase, stehen beim Drehstrom gleich drei Phasen (drei Wechselspannungen) zur Verfügung.
Das ist für die Übertragung von Strom wichtig und wird in der Regel für große Maschinen in der Industrie benötigt. Oder eben für das Laden von Elektrofahrzeugen.
Wer eine Ladeleistung von 11 oder 22 kW (Leistung üblicher Wallboxen) wünscht, benötigt einen Drei-Phasen-Drehstromanschluss mit 400 V-Spannung. Bei einer Belastbarkeit von 32 A pro Phase ergibt das eine rechnerische Ladeleistung von 22 kW.
Dadurch reduziert sich die Ladedauer erheblich und das Fahrzeug ist nach kurzer Zeit wieder einsatzbereit.
Laden mit Gleichstrom
Beim Laden mit Gleichstrom ist das Ladegerät direkt in der Ladesäule verbaut und es sind Ladeleistungen weit jenseits der 22 kW möglich – was die Ladezeit extrem verkürzt. Daher spricht man hier auch von Schnellladestationen.
Um dieses Ladeverfahren nutzen zu können, muss am Elektroauto ein Gleichstrom-Anschluss vorhanden sein. Das Batteriemanagement im Fahrzeug kommuniziert dann über das Ladekabel mit dem Ladegerät in der Säule. So kann die Stromstärke perfekt angepasst werden und bei vollem Akku erfolgt eine Abschaltung. Der Strom stammt dabei entweder aus dem Stromnetz oder aus Pufferakkus einer Solaranlage.
Allerdings liegen die Preise dieser Schnellladestationen extrem hoch, weshalb sie für den privaten Hausgebrauch eher uninteressant sind. Wo die Schnellladung mit Gleichstrom aber durchaus Sinn macht, ist an öffentlichen Ladesäulen wie z.B. an den Autobahnen. Hier kann die Rast gleich genutzt werden, um den Fahrzeugakku in weniger als einer Stunde wieder komplett aufzuladen. Aber auch für Firmen sind Schnellladesäulen eine durchaus interessante Investition.
Gut zu wissen:
Beim Laden mit Wechsel- und Drehstrom befindet sich das Ladegerät im Elektro-Auto. Deshalb sollte man sich genau informieren, wie hoch die Ladeleistung des eingebauten Ladegerätes ist. Wenn das Fahrzeug lediglich 7 oder 11 kW max. Ladeleistung verkraftet, macht es wenig Sinn, sich eine Ladestation mit 22 kW oder mehr installieren zu lassen.
Im Grunde sind Ladestationen Steuergeräte, die die Kommunikation zwischen Stromnetz und E-Auto übernehmen. Bei der Installation einer Ladestation an Wechsel- oder Drehstrom wird in der Wallbox genau eingestellt, wie hoch der maximal zulässige Strom sein darf. Dieser Grenzwert richtet sich dabei nach der Leistungsfähigkeit des jeweiligen Elektroanschlusses und nicht nach dem Bedarf des Elektrofahrzeuges.
Diese Information wird beim Ladevorgang an das Ladegerät im Fahrzeug übermittelt. Das Ladegerät im Fahrzeug passt dann den Ladestrom an, damit die Elektroinstallation des Stromanschlusses nicht überlastet wird.
Balance zwischen (kurzer) Ladezeit und Sicherheit
Mit Hilfe von Stromwandlern erfasst und überprüft die Ladestation den aktuellen Stromwert. Ist dieser zu hoch, kann die Ladestation die Stromzufuhr für das Ladegerät im Fahrzeug unterbrechen. Dabei stehen sich Ladezeit und Sicherheit stets gegenüber. Denn je kürzer die Ladedauer sein soll, desto höher muss der Stromfluss sein – das erhöht jedoch wiederum die Gefahr einer Überspannung. Diese schadet dann zum einem dem Fahrzeugakku, zum anderen aber auch dem Stromnetz und damit auch möglichen anderen Haushaltsgeräten, die gerade an das Netz angesteckt sind.
Kommunikation zwischen Ladestation und E-Auto
Damit die Ladestation und das Ladegerät im Fahrzeug miteinander interagieren können, befinden sich im Ladekabel zwei zusätzliche Verbindungsleitungen mit der Bezeichnung CP (Contact Pilot) und PP (Proximity Pilot oder Plug Present). Durch eine Widerstandsänderung am Anschluss PP erkennt die Ladestation die Verbindung des Ladekabels zum Elektroauto.
Die jeweiligen Zustände zur Ladefreigabe werden über Widerstandsänderungen auf dem CP-Anschluss erkannt. Gleichzeitig gibt die Ladestation ein pulsweitenmoduliertes Signal am dem CP-Anschluss aus, um den maximal zulässigen Ladestrom an das Ladegerät im Fahrzeug zu übermitteln.
Überwachung des Ladevorgangs
Da die Ladestation pausenlos die Stromaufnahme erfasst, können Störungen und Fehlfunktionen sofort erkannt werden. Im Extremfall unterbricht die Ladestation den Ladevorgang und trennt die Verbindung zum Elektroauto.
Ebenso kann die Ladestation auch die Zugangsberechtigung der Anwender gewährleisten. Das kann per Schlüsselschalter, Pin Code oder RFID-Technik realisiert werden. Aber auch umfassende Auswertungen zum Energiemanagement oder Echtzeitüberwachung sind bei vielen Ladestationen möglich.
Aufbauort festlegen
Eine Ladestation für E-Autos sollte sich in unmittelbarer Nähe zum Parkplatz des Fahrzeugs befinden und eine ausreichende Belüftung bieten.
Stellen Sie außerdem sicher, dass genügend Platz vorhanden ist und die Wand oder der Pfosten, an dem die Wallbox montiert werden soll, stabil genug ist, um das Gewicht der Box zu tragen.
Geeignete Aufbauorte sind deshalb vorzugsweise in der Garage zu wählen. Im Außenbereich muss eine Ladestation den Witterungsbedingungen standhalten.
Deshalb empfiehlt sich hier der witterungsgeschützte Bereich eines Carports.
Bei komplett frei stehenden Ladestationen muss die IP-Schutzart entsprechend hoch sein.
Elektrischer Anschluss
Steht der Aufbauort fest, kann die Ladestation an das Stromnetz angeschlossen werden. Da dies oft einen massiven Eingriff in die Elektroinstallation darstellt, wird dringend empfohlen, die Installation von einer Elektrofachkraft durchführen zu lassen.
Diese ist mit den einschlägigen Vorschriften und Vorgehensweisen vertraut und kann sicherstellen, dass alle elektrischen Anforderungen erfüllt sind. So dürfen etwa an die Stromleitung, die vom Sicherungskasten zur Ladestation führt, keine weiteren Verbraucher oder Steckdosen angeschlossen werden.
Neben der erforderlichen Kabelverlegung müssen auch eine Leitungsabsicherung (LS-Schalter) sowie ein Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter Typ A EV oder Typ B) installiert werden.
Wenn die Ladestation bereits einen DC-Fehlerstromsensor besitzt, ist ein Standard-Fehlerstromschalter (FI Typ A) vollkommen ausreichend.
Wichtig!
Es ist wichtig zu beachten, dass die Installation einer Wallbox gesetzlichen Vorschriften und Normen unterliegt. So muss vor der Installation bzw. der Inbetriebnahme beispielsweise eine Genehmigung des Netzbetreibers eingeholt werden, wenn eine Ladestation mehr als 12 kW Ladeleistung aufweist.
Programmierung der Ladestation
Nachdem die Wallbox korrekt angeschlossen ist, kann sie programmiert oder konfiguriert werden.
Viele Ladestationen haben umfangreiche Einstell- und Auslesemöglichkeiten.
Dies kann die Wahl der maximalen Ladeleistung, die Zugangsbeschränkungen oder die Integration mit anderen Smart-Home-Systemen umfassen.
Die genauen Schritte zur Programmierung variieren je nach Hersteller und Modell der Wallbox.
Die korrekte Einstellung ist dabei ebenso wichtig wie der professionelle Anschluss an das Stromnetz. Nur so ist gewährleistet, dass das Elektrofahrzeug schnell geladen wird, ohne dabei das Stromnetz zu überlasten.
Bei den Ladekabeln gibt es verschiedene Stecksysteme, die sich je nach Hersteller und Land mehr oder weniger stark etabliert haben. Aus diesem Grund sollten Sie sich vor dem Kauf einer Ladesäule oder einer Ladestation informieren, welcher Ladestecker für Ihr Fahrzeug erforderlich ist.
Typ 1-Ladestecker
Der Ladestecker vom Typ 1 ist im asiatischen Raum, sowie in Nordamerika, weit verbreitet. Mit seinen fünf Kontakten ist er für Ladeleistungen bis 7,2 kW ausgelegt.
Bei den in Deutschland verkauften Fahrzeugen mit Typ 1-Stecksystem liegt in der Regel ein Anschlusskabel bei, das an Ladestationen mit Typ 2-Steckbuchse passend ist.
Der Typ 1-Ladestecker besitzt 3 große Kontakte, die mit Phase (L1), Null-Leiter (N) und Schutzleiter (PE) belegt sind. Die beiden kleineren Kontakte sind für die Signalleitungen CP und PP.
Typ 2-Ladestecker
Der Ladestecker vom Typ 2 hat sich in Europa durchgesetzt. Der auch als Mennekes-Stecker bekannte Anschluss wird von allen großen Autoherstellern in Deutschland unterstützt.
Die maximale Ladeleistung bei privaten Wall-Boxen liegt bei 22 kW, wobei an öffentlichen Ladestationen bis zu 43 kW übertragen werden.
Der Typ 2 Ladestecker verfügt über 5 große Kontakte die mit den Phasen L1, L2 und L3 sowie dem Null-Leiter (N) und dem Schutzleiter (PE) belegt sind. Die Signalleitungen CP und PP werden über die beiden kleineren Kontakte verbunden.
CCS-Stecker
Der Combined Charging System-Stecker ist eine Weiterentwicklung des Ladestecker Typ 2. Durch zwei zusätzliche Kontakte im unteren Bereich des Steckers ist die Schnellladung mit Gleichstrom (DC+ und DC-) möglich. Die Ladebuchse am Fahrzeug ist dann so ausgelegt, dass entweder Typ 2-Ladestecker oder CCS-Stecker angeschlossen werden können.
Mittlerweile hat sich der CCS2-Stecker in Europa etabliert. In den USA wird die Kombination CCS1 genutzt, bei der ein Typ 1 Ladestecker mit Gleichstromkontakten erweitert wird.
Schnellladestationen mit CCS-Anschlüssen unterstützen eine Ladeleistung von bis zu 125 kW.
Mode 2-Ladekabel
Ein Mode 2 Ladekabel wird oft den Elektrofahrzeugen beigelegt und ermöglicht das Laden an einer handelsüblichen 230 V Netzsteckdose.
Allerdings sind dann die Ladezeiten entsprechend lang.
Die Kommunikation mit dem Ladegerät im Fahrzeug übernimmt eine Kontroll-Box (ICCB In Cable Control Box), die im Kabel integriert ist.
Dadurch ist sichergestellt, dass das Ladegerät im Elektroauto den Stromanschluss nicht überlastet.
Mode 3-Ladekabel
Für den Anschluss des Fahrzeuges an eine öffentliche Ladestation ist ein Mode 3 Ladekabel erforderlich.
Eine integrierte Kontrollbox (ICCB) ist nicht erforderlich, da das Ladegerät im Fahrzeug direkt mit der Ladestation kommuniziert.
Mode 3 Ladekabel sind in Europa mit jeweils zwei Ladestecker Typ 2 ausgestattet.
Mode 4-Ladekabel
Mode 4-Ladekabel kommen dann zum Einsatz, wenn mit Gleichstrom und großer Leistung (50-150 kW) geladen wird. Das ist bei den sogenannten Schnellladesäulen der Fall, die z.B. an Autobahnraststätten zur Verfügung stehen.
Wegen der hohen Ladeströme sind diese Kabel fest mit der Ladestation verbunden. An der Fahrzeugseite des Ladekabels ist ein CSS-Stecker montiert.
Eine mobile Ladestation funktioniert ähnlich wie eine Wallbox, indem sie Wechselstrom aus einer Stromquelle in Gleichstrom umwandelt. Allerdings kombiniert sie maximale Ladeleistung mit maximaler Flexibilität. Daher sind sie besonders nützlich für alle, die häufig reisen, sich oft an Orten aufhalten, an denen die Ladeinfrastruktur noch nicht so gut ausgebaut ist oder bei denen zuhause die Bedingungen für eine fest installierte Wallbox nicht gegeben sind.
Mittels unterschiedlichster Adapter, kann man sein E-Auto problemlos an jede herkömmliche Steckdose anschließen. Anhand der Codierung der Steckeradapter erkennt dann die Ladestation (im E-Auto) selbsttätig, wie hoch der zur Verfügung stehende Stromanschluss belastet werden darf.
Die Funktion ist identisch wie bei einem Mode 2-Ladekabel, allerdings ist die mögliche Ladeleistung deutlich höher. Je nach Art der Netzsteckdose sowie Modell und Ausstattung der mobilen Ladestation sind Werte von 3,7 kW bis zu 22 kW möglich. Somit können die Fahrer von E-Autos an so gut wie jeder Steckdose „nachtanken“.
Zurück in der heimischen Garage wird die mobile Ladestation einfach in die Wandhalterung eingehängt und an eine CEE-Steckdose angeschlossen. Jetzt arbeitet sie wie eine fest installierte Wallbox. Es ist jedoch zu beachten, dass mobile Ladestationen normalerweise nicht die gleiche Ladeleistung bieten können.
Stetig steigende Kosten und immer geringere Einspeisevergütungen nagen an der Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Anlagen. Anstatt den selbsterzeugten Strom zum kleinen Preis an Stromnetzbetreiber zu verkaufen, ist es oft sinnvoller, den kostengünstige Solarstrom für den Eigenverbrauch zu verwenden. Da bietet sich das Laden eines Elektroautos geradezu an.
Umweltfreundlich
Zum einen tragen Sie dank redzuierter Emissionen zum Umweltschutz bei und fördern gleichzeitig den Ausbau erneuerbarer Energien – die Reduktion der Nachfrage nach fossilen Brennstoffen ist schließlich ein entscheidender Schritt in Richtung Energiewende.
Unabhängig
Zum anderen machen Sie sich auch vom öffentlichen Stromnetz unabhängig. Das ist besonders vorteilhaft in eher ländlichen Gebieten oder bei Gewittern und Naturkatastrophen, wenn das Stromnetz gerne mal Störungen aufweist. Mit einer eigenen Solaranalge und einem Energiespeicher können Sie Ihr E-Auto auch bei einem Stromausfall laden.
Kosteneffizient
Und nicht zu guter Letzt, können Sie mit Solarstrom aus der eigenen Anlage auch noch richtig sparen:
Hier ein kleines Rechenbeispiel:
Bei einer jährliche Fahrleistung von ca. 25.000 km und einem durchschnittlichen Energieverbrauch des Elektroautos von 16 kWh/100 km ergibt das einen Jahres-Energieverbrauch von ca. 4.000 kWh.
- Die Energiekosten bei Netzstrom (BDEW, Stand März 2023: 48,12 ct/kWh) betragen dann 1.924,80 Euro.
- Die Energiekosten bei Solarstrom (Solaranlage) (Stand 2023: 10-16 ct/kWh) betragen dann 400,- bis 640,- Euro.
Das ergibt eine jährliche Einsparung von bis zu 1.525,- Euro!
Noch interessanter ist die Anschaffung eines Elektroautos, wenn die vorhandene Solaranlage bereits längere Zeit besteht und der Vertag zur Einspeisevergütung ausgelaufen ist bzw. in absehbarer Zeit ausläuft. In diesem Fall hat sich die PV-Anlage bereist amortisiert und es fallen nur noch minimale Kosten für Wartung und Instandhaltung an. Demzufolge gibt es den Solarstrom quasi fast zum Nulltarif.
Beim unidirektionalen Laden fließt der Solarstrom von der PV-Anlage über die Ladestation zum Elektroauto. Wenn also die Solaranlage mehr Strom erzeugt, als gerade im Haus benötigt wird, fließt der überschüssige Strom in die Fahrzeugbatterie.
Bidirektional: Akku als Stromspeicher
Bei bidirektionalen Lade-Systemen kann der Strom in zwei Richtungen fließen und der Akku kann als Strom-Zwischenspeicher fungieren. Das ist so gesehen keine Neuerung. Denn im Prinzip speichert jeder Akku Strom und gibt ihn anschließend wieder ab – aus unserem Alltag kennen wir das bereits von Laptops oder Powerbanks, mit denen man angeschlossene Handys wieder aufladen kann.
Die Besonderheit beim E-Auto-Akku besteht darin, dass Elektrofahrzeuge beim Laden den Wechselstrom (AC) aus dem Stromnetz mittels eines Gleichrichters in Gleichstrom (DC) umwandeln. Soll der Strom nun wieder ins Netz zurückfließen, muss dieser Prozess in umgekehrter Richtung noch einmal ablaufen. Das klingt einfach, doch sind dafür einige technische Vorbereitungen nötig.
Drei Varianten des bidirektionalen Ladens
Im Grunde gibt es drei Varianten des bidirektionalen Ladens, wovon die einfachste schon mit einigen E-Auto-Modellen möglich ist – die anderen beiden noch eher einer Zukunftsvision entsprechen.
Vehicle-to-load (V2L) oder
Vehicle-to-Device (V2D)
Die einfachste Variante des bidirektionalen Ladens, die auch bereits in einigen E-Auto-Modellen (z.B. von Hyundai, Kira oder MG) erhältlich ist. Im E-Auto befindet sich eine normale Schutzkontakt-Steckdose, an die man elektrische Geräte zum Laden anstecken kann. Das ist jetzt nicht gerade revolutionär, kann aber im Alltag durchaus praktisch sein.
Vehicle-to-Home (V2H)
Der Fahrzeugakku dient als Zwischenspeicher und die darin befindliche Energie – beispielsweise überschüssiger Strom aus der Photovoltaik-Anlage – wird genutzt, um am Abend oder in der Nacht die Verbraucher im Haus zu versorgen. Es muss keine teure Netzenergie zugekauft werden.
Allerdings befinden sich diese Variante noch in der Entwicklungs- bzw. Testphase. Eine entsprechende Norm (ISO 15118-20) für die Kommunikation zwischen E-Auto und Ladeeinrichtung, wurde zumindest im April 2023 bereits verabschiedet.
Vehicle-to-Grid (V2G)
Diese Variante klingt unheimlich spannend, ist aber gleichzeitig auch die anspruchsvollste Option: Das Elektrofahrzeug gibt den im Akku gespeicherten Strom nicht nur an das Heimnetzwerk zurück, sondern speist ihn ins gesamte Netz ein. Die Vision: Tausende E-Autos können durch intelligente Steuerung zu einem "virtuellen Kraftwerk" vereint werden und dadurch das gesamte Stromnetz stabiliseren. Diese Möglichkeit ist allerdings noch Zukunftsmusik.
Bis die V2H- oder V2G-Varianten Wirklichkeit werden können, dürfte noch etwas Zeit vergehen. Denn zum einen müssen, für eine sinnvolle Verwendung, die jeweiligen Eigenheime über ein intelligentes Energiemanagment verfügen, um zum einen den eigenen Bedarf zu ermitteln und zum anderen festzustellen, wie viel selbst erzeugter Strom gerade zur Verfügung steht.
Zum anderen müssen sich Stromversorger Gedanken über die Abrechnungsmöglichkeiten von Strom aus Elektromobilität machen. Auch müssen sich Autohersteller darüber einig werden, wie sie mit der Garantie für den Fahrzeugakku umgehen, wenn dieser auch als Zwischenspeicher dienen soll. Und zusätzlich eine Lösung für die technsichen Herausforderungen finden, damit konstante Energieaustausch zwischen Wallbox und Hausanschluss keine Fehlfunktionen oder Kurzschlüsse verursacht – oder im schlimmsten Fall den Akku selbst beschädigt.
Auch rein rechtlich gesehen, bedarf es noch einiger Vorbereitungen. So sind E-Autos derzeit aus Sicht des Gesetzgebers nur Pkw – und keine Energiespeicher, für die es rechtliche Vorgaben gibt.
Für die Einrichtung von öffentlichen Ladepunkten auf Kundenparkplätzen können bei der Bundesanstalt für Verwaltungsdienstleistungen Fördermittel beantragt werden. Weitere interessante Informationen zu den aktuellen Förderprogrammen finden Sie auf der Webseite der Bundesanstalt.
Wieso dauern die letzten 20 % beim Laden deutlich länger?
Der Grund dafür liegt in der Ladespannungsbegrenzung. Bei Lithium-Akkus darf die Ladespannung einen bestimmten Wert pro Zelle nicht übersteigen. Die Akkus würden sonst Schaden nehmen. Beim Schnellladen eines leeren Akkus steigt die Spannung kontinuierlich an, um einen dauerhaft hohen Ladestrom zu ermöglichen. Wenn die maximale Ladespannung erreicht ist, sind die Akkus aber noch nicht 100 % voll. Die Ladespannung wird nun stabil auf dem maximalen Wert gehalten und der Ladestrom geht langsam zurück. Der Ladestrom wird jetzt nicht mehr durch das Ladegerät sondern durch den Akku bestimmt. Erst wenn der Ladestrom bei max. Ladespannung einen minimalen Wert erreicht hat, ist der Lithium-Akku zu 100 % geladen.
Ist langsames Laden besser für den Akku, als eine Schnellladung in 30 Minuten?
Ein Ladevorgang, bei dem in 30 Minuten 80 % in den Akku geladen wird, belastet den Akku deutlich mehr, als ein Ladevorgang über 2 bis 4 Stunden. Auf der anderen Seite ist ein Laden mit geringem Strom über 12 oder mehr Stunden auch nicht optimal. Wichtig beim Laden ist immer die Akkutemperatur. Im Bereich von 20–40° C fühlen sich Lithiumakkus am wohlsten. Beim Schnellladen kann ohne vernünftiges Batterie- und Temperatur-Management die Akkutemperatur schnell die 40° C-Marke überschreiten.
Was führt zum vorzeitigen Altern der Fahrzeug-Akkus?
Die Akkus, mit denen ein Hersteller seine Fahrzeuge ausrüstet, sind problemlos in der Lage hohe Leistungen aufzunehmen und abzugeben. Trotzdem sind die Akkus einer gewissen kalendarischen Alterung unterworfen. Ein weiteres Kriterium ist die Nutzungshäufigkeit und die Standzeiten zwischen den Nutzungen. Den größten negativen Einfluss jedoch haben sehr hohe Leistungen bei sehr tiefen und sehr hohen Temperaturen.
Wo finde ich öffentliche Ladepunkte?
Die Ladeinfrastruktur wird immer weiter ausgebaut, sodass die Besitzer von E-Fahrzeugen flächendeckend Stromtankstellen finden. Mittlerweile gibt es auch Apps für das Smartphone, wo alle Ladepunkte einer Region übersichtlich dargestellt werden.