Dimensionierung, Auswahl und Installation einer eigenen Ladestation

Hier eine Übersicht aller meiner Artikel zum Thema Elektromobilität.

Im vorangegangenen Beitrag habe ich schon erwähnt, wie angenehm es ist, die bisher ungenutzte Standzeit seines Autos zum Laden nutzen zu können. Wenn man einen eigenen Stellplatz für das Elektrofahrzeug hat, sollte man über die Einrichtung einer festen Lademöglichkeit nachdenken, da eine solche den Komfort, den ein Elektroauto mit sich bringt, oft noch um ein ganzes Stück erhöht. Beim Verbrenner haben alle Tankvorgänge zwangsläufig innerhalb der Fahrzeit stattgefunden, ein Elektroauto lädt man aber am besten in der Zeit, in der es irgendwo parkt und ungenutzt ist. Hier zur Erinnerung noch einmal die entsprechende Grafik:

Mir ist jedoch sehr wichtig festzuhalten, dass eine private Lademöglichkeit oft keine Grundvoraussetzung ist, um mit einem Elektroauto glücklich zu werden. Gerade in Städten wie Wien gibt es so viele öffentliche Ladesäulen, deren Anzahl ständig wächst und die zudem noch sehr günstig sind, dass hier ein privater Ladepunkt reiner Luxus ist. Wohnt man hingegen am Land, ist man meistens auf eine private Lademöglichkeit angewiesen.

Hierbei besteht aber oft das Problem, dass vielen Konsumenten und selbst manchen Elektrikern die Praxiserfahrung oder das Grundwissen fehlen, um beurteilen zu können, welche Lademöglichkeit Sinn macht bzw. ob die Installation überhaupt technisch möglich ist. Und das hält im schlimmsten Fall jemanden davon ab, auf ein Elektroauto umzusteigen, obwohl alle Umstände eigentlich passen würden. Will man sich also selbst einen Überblick verschaffen oder hat man vielleicht schon von einem Elektriker eine Absage erhalten, möchte ich im Folgenden mögliche Lösungswege vorstellen.

Dimensionierung

Der gängigste Fehler wird bei der Abschätzung der Anschlussleistung einer Ladevorrichtung gemacht. Wirft man einen Blick auf die Ladeleistungen aktueller Autos oder auf die Angaben auf Ladekabeln und Wallboxen, so wird man meist Werte von 11kW oder sogar 22kW lesen. Das ist für viele und vor allem für ältere Hausinstallationen zu viel. Damit man diese Werte in einen Kontext setzen kann, hier ein paar Beispiele, was Geräte in unseren Haushalten in etwa an Anschlussleistung aufweisen:

Ein Hausanschluss ist oft so abgesichert, dass insgesamt ungefähr 14kW aus dem Netz bezogen werden können, weshalb man in diesem Fall natürlich nicht gleichzeitig ein Festmahl kochen, Saunieren und ein Auto mit 11kW aufladen kann. In der Praxis ist es aber so, dass man nicht mit der maximal möglichen Ladeleistung rechnen muss, sondern sich besser überlegen sollte, welche Leistung erforderlich ist, um den tatsächlichen Energiebedarf des Autos für das persönliche Fahrprofil zu decken. Daraus ergeben sich zwei Möglichkeiten, um die erforderliche Anschlussleistung einer Lademöglichkeit zu ermitteln, wenn 11kW nicht machbar sind:

Methode 1: Durchschnittlicher Tagesverbrauch (Mindestanforderung)

Wie wir wissen, ist der Mensch ein Gewohnheitstier und bevorzugt üblicherweise einen geregelten Tagesablauf. Das bietet die Möglichkeit, den tatsächlichen täglichen Strombedarf recht gut einschätzen zu können und daraus die minimal erforderliche Ladeleistung zu errechnen. Ich gehe nachfolgend von einer Pendlerin aus, die täglich aus dem Wiener Umland in die Stadt und retour fährt, am Arbeitsplatz nicht laden kann und einen 2019er Hyundai Kona besitzt.

Ich rechne mit einem Winterverbrauch von 21kWh/100km inkl. 10% Ladeverluste und einer Fahrtstrecke pro Richtung von 23km, also 46km pro Tag. Multipliziert mit dem Verbrauch, ergibt sich ein täglicher Strombedarf von ca. 10kWh. Zusätzlich kalkuliere ich 25% Sicherheitsreserve ein, falls man noch andere Wege zurückzulegen hat oder es einmal besonders kalt ist und komme so auf einen Verbrauch von 12,5kWh pro Tag. Weiters gehe ich davon aus, dass das Fahrzeug spätestens um 21:00 Uhr daheim abgestellt und frühestens ab 5:00 Uhr wieder benutzt wird, was eine Mindeststandzeit von 8 Stunden ergibt. Dividiert man die 12,5kWh jetzt durch die Standzeit ergibt sich eine Leistung von rund 1,6kW. Wie im obigen Vergleich zu sehen ist, entspricht das ungefähr der Leistung eines Haarföns. Und ob man beim Haare Föhnen die Elektroinstallation überlastet, haben sich bisher wohl nur die wenigsten gefragt.

Das Beispiel soll veranschaulichen, wie weit der tatsächliche Bedarf von den meisten Annahmen abweichen kann, es bildet aber natürlich nur eine Mindestanforderung ab, wenngleich 46km pro Tag ziemlich genau dem österreichischen Durchschnitt entsprechen. Deinen persönlichen Bedarf kannst du dir mit folgendem Tool einfach selbst ausrechnen. 25% Reserve werden auch hier mit einkalkuliert.

Ladeleistungs-Rechner


Wh/km

km

h


Erforderliche Ladeleistung bei täglicher Ladung: kW

Methode 2: Akkukapazität

Im vorherigen Szenario wird mit 12,5kWh pro Tag nur ein kleiner Teil der Batteriekapazität gängiger Fahrzeuge verbraucht, die grob zwischen 40kWh und 90kWh liegt. Will man flexibler sein, kann man diese gut als Ausgangswert für die höchstens benötigte Ladeleistung heranziehen. Der Hyundai Kona unserer fiktiven Pendlerin hat einen 64kWh großen Akku. Ich gehe davon aus, dass dieser im Alltag höchstens zwischen 10% und 100% Ladezustand bewegt wird. Will man diesen Akku über Nacht in 8 Stunden laden, braucht man inkl. Ladeverluste somit knapp 64kWh was eine Ladeleistung von 8kW ergibt. Das ist eine Leistungsklasse, in welcher man der Hausinstallation schon etwas Beachtung schenken sollte. Nachdem man aber nachts tendenziell weniger kocht oder andere große Verbraucher benutzt, wird auch das in den allermeisten Fällen kein Problem darstellen und ist immer noch deutlich unter den oft erwähnten 11kW.

Auswahl einer Lademöglichkeit

Ist man sich über seinen Strombedarf im Klaren, sollten weitere Überlegungen zu der Art der Lademöglichkeit angestellt werden. Prinzipiell gibt es drei Möglichkeiten:

  • Schuko-Steckdose
  • Drehstrom-Steckdose (CEE)
  • Wallbox

Eine einfache Haushaltssteckdose deckt den Bedarf der Pendlerin von täglich 12,5kWh. 1,6kW Dauerlast (7A) sollte jede fest installierte Schuko-Steckdose problemlos verkraften. Somit reicht als Ladeinfrastruktur das (meist dem Auto beiliegende) „Notladekabel“ eigentlich aus.

Eine technisch solidere Lösung wäre eine Drehstrom-Steckdose und für Leistungen über 2,3kW ist eine solche meist auch technisch notwendig. Diese ist in der Regel mit mindestens 16A abgesichert und darf bis zu 6h lang mit diesem Nennstrom belastet werden. Bei z.B. 6kW (8,7A pro Phase) wäre das schon ausreichend, um einen Durchschnittsakku über Nacht von 10% auf 100% zu laden. Als Ladekabel ist dann beispielsweise ein Juice Booster oder Ähnliches erforderlich.

Falls man sich keine Gedanken um ein Ladekabel machen will, wäre ab dieser Leistungsklasse auch durchaus die Anschaffung einer Wallbox (mit fest montiertem Kabel) sinnvoll. Wie hier beschrieben ist eine Wallbox nichts anderes als ein intelligenter Schalter, der dem Auto den erlaubten Ladestrom mitteilt und die Ladung sicherheitstechnisch überwacht. Bei praktisch allen Wallboxen kann man den höchstzulässigen Ladestrom einstellen.

Ich habe mich bei der Installation an meinem Elternhaus für den Tesla Wall Connector der zweiten Generation entschieden, da dieser einerseits ein ansprechendes Design bietet und ich ihn andererseits günstig bekommen habe.

Wallbox – Auswahl und Installation

Entscheidet man sich für eine Wallbox, sollte man sich aktuelle Testberichte ansehen und, sofern man von einer Förderung profitieren möchte, auch die Förderbedingungen prüfen. Nachdem sich das Angebot schnell ändert, möchte ich hier auf konkrete Empfehlungen verzichten.

Bei der Auswahl sollte man bedenken, wo die Wallbox installiert wird und was man zukünftig damit machen will. Beispielsweise gibt es Geräte, an denen man sich per App oder RFID-Karte authentifizieren muss, bevor ein Ladevorgang gestartet wird, was bei frei zugänglichen Wallboxen wünschenswert sein kann. Außerdem bieten verschiedene Geräte verschiedene Kommunikationsmöglichkeiten mit externen Systemen wie Photovoltaik-Anlagen. Generell sind Modelle, die OCPP unterstützen aus Gründen der Zukunftssicherheit zu bevorzugen. Dieses standardisierte Kommunikationsprotokoll ermöglicht die Kommunikation mit einer Vielzahl von Anwendungen und ist unter Umständen auch ein Förderkriterium. Weiters gibt es Produkte, die nur eine Typ-2-Steckdose haben und welche, die ein fest montiertes Kabel haben. Ich kann letzteres generell sehr empfehlen.

Aus Hardwaretechnischer Sicht gibt es vor allem eine Sache zu beachten, nämlich den Fehlerstromschutzschalter. Ein solches Gerät, auch als RCD bekannt, ist in jeder halbwegs aktuellen Hausinstallation vorhanden und schützt vor Strömen, die dort fließen, wo sie nicht fließen sollen. Also vor allem durch einen menschlichen Körper. Da unser Stromnetz mit Wechselstrom funktioniert, sind auch Fehlerstromschutzschalter auf Wechselstrom ausgelegt und können Fehlerströme nur dann erkennen, wenn es sich dabei um Wechselstrom handelt. Wie inzwischen bekannt sein sollte, arbeitet ein Elektroauto aber auch mit Gleichstrom. Und daher ist es erforderlich, dass auch für Gleichfehlerströme ein Schutzmechanismus existiert, falls beispielsweise das Bordladegerät einen Defekt hat. Zu diesem Zweck gibt es Fehlerstromschutzschalter, die gleichstromsensitiv sind. Gute „intelligente“ Ladekabel wie der Juice Booster und auch viele Wallboxen haben eine solche Schutzeinrichtung eingebaut. In diesem Fall muss man sich darum dann keine weiteren Gedanken machen. Der Tesla Wall Connector der zweiten Generation hat jedoch keinen Fehlerschromschutzschalter eingebaut, weshalb man in der vorgelagerten Installation einen vorsehen muss.

Bei diesem RCD muss es sich um den (teuren) Typ B handeln, da dieser im Gegensatz zum gängigen Typ A eine Gleichfehlerstromerkennung hat. Ich habe mich für das Modell 5SM3344-4 von Siemens entschieden, das ich für rund 250€ auf eBay bekommen habe. Nachdem ich meine Installation für zwei Ladepunkte ausgelegt habe, schien für mich die Installation eines separaten RCD sinnvoller als zwei (teurere) Wallboxen mit integriertem RCD zu kaufen.

Die Tesla Wallbox habe ich mit einem 16A-Leitungsschutzschalter mit der Auslösecharakteristik C vorgesichert, dieser ist für die eventuell hohen Einschaltströme des Bordladegeräts geeignet. Als Zuleitung habe ich ein Kabel mit einem Querschnitt von 5x10mm² verlegt, wobei 5x6mm² vollkommen ausreichend gewesen wären.

Phasen

Ein Thema mit großem Verwirrungspotenzial ist, wie viele Phasen ein Auto überhaupt zum Laden nutzen kann. In Mitteleuropa haben wir prinzipiell ein Dreiphasensystem. Jede Steckdose und jeder Stromanschluss besteht aus dem Neutralleiter und einer Phase oder aus dem Neutralleiter und drei Phasen.

Man möchte generell die drei Phasen möglichst gleich belasten. Bei üblichen Schuko-Steckdosen wird daher versucht, die drei phasen gleichmäßig auf alle Steckdosen im Haus aufzuteilen. So kann die Steckdose im Bad an Phase 1 (L1) und die Steckdose in der Küche an Phase 3 (L3) angeschlossen sein. Das Licht ist dann vielleicht an L2 angeschlossen. Wird eine Phase wesentlich stärker belastet als die anderen beiden, spricht man von einer Schieflast, die man vermeiden möchte. Unter anderem daher werden große Verbraucher wie Herd, Saunaofen, Kreissäge usw. auch an alle drei Phasen angeschlossen und belasten diese gleich stark. Dabei spricht man auch von Drehstrom.

Will man jetzt sein Elektroauto mit mehr als ca. 3,6kW laden, muss man zwingend mehr als eine Phase benutzen, um Schieflast zu vermeiden. Hat man ein Auto, das 11kW Ladeleistung oder mehr anbietet, ist man auf der sicheren Seite, weil es sich dabei um ein dreiphasiges Ladegerät handelt. Leider werden aber bei vielen Autos Bordladegeräte verbaut, die nur eine Phase (oder in seltenen Fällen zwei Phasen) nutzen können. In diesem Fall werden dann Ladeleistungen von 3,7kW oder 6,6kW angegeben. Das hat einerseits Kostengründe und kommt andererseits aus dem asiatischen Raum, wo Einphasensysteme verbreitet sind. Eine Möglichkeit, ein einphasiges Fahrzeug trotzdem schneller laden zu können, bietet der Juice Phaser. Dieser fasst zwei Phasen zusammen und ermöglicht so einphasiges Laden mit bis zu 5,8kW ohne Schieflasten zu erzeugen. Dieser Fall sollte aber trotzdem mit einem Elektriker abgeklärt werden.

Zur Klarstellung möchte ich noch erwähnen, dass all das NICHTS mit der Gleichstrom-Ladeleistung (DC) eines Autos zu tun hat. Siehe dazu hier.

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Abschließend sei noch festgehalten, dass man in solchen Belangen immer einen Fachmann konsultieren sollte und dieser Beitrag lediglich dazu gedacht ist, sich ein Grundverständnis über die Materie aneignen zu können, damit man am Ende die für die eigenen Bedürfnisse passende Lösung findet. Also nochmals in aller Deutlichkeit: Finger weg von der Elektroinstallation wenn du nicht sehr genau weißt, was du tust! Eine falsche Auswahl des RCD für die Wallbox kann beispielsweise dazu führen, dass der bestehende RCD in deiner Installation seine Schutzwirkung völlig verliert, ohne dass du es bemerkst!


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