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[ Ratgeber ]

Elektroautos: Ladestationen richtig planen

Wie man für Elektroautos Ladestationen plant, welche Stecker es gibt, welche Leistung wo sinnvoll ist und was bald Gesetz wird.

Elektroauto an Wandladestation
Eine Option für große Wohnanlagen oder Bürogebäude sind Wandladestationen.

Von Michael Krödel

Die Elektromobilität soll als ein wichtiger Baustein der Energiewende deutlich ausgebaut werden. So hat sich 2019 mit 63.281 reinen Elektroautos (also ohne Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge) die Zahl der Neuzulassungen im Vergleich zu 2018 fast verdoppelt. Und das ist erst der Anfang.

EU sieht Ladestationen an Gebäuden vor

Entsprechend der European Performance of Buildings Directive (EPBD) – kurz EU-Gebäuderichtlinie – sollen bis 2050 europäische Gebäude CO2-neutral sein. Während in der Vorgänger-Version der EPBD von 2010 das Stichwort „E-Mobilität“ kein einziges Mal erwähnt wurde, finden sich diesbezüglich in der EPBD 2018 eine Reihe von Anforderungen hinsichtlich der Ladeinfrastruktur und des intelligenten Ladens von Elektroautos.

Zum Beispiel sind bei Parkplätzen in oder an Gebäuden Ladepunkte für Elektroautos vorzusehen. Ebenso wird die Einführung von Steuerungen für Lastmanagement und/oder Authentifizierung sowie kommunikative Einbindung von Ladestationen in ein Datennetz erwähnt. Da die EU-Gebäuderichtlinie die Grundlage der nationalen Gesetzgebung bildet, werden sich die Anforderungen perspektivisch auch in deutschen Gesetzen wiederfinden.

Gebäude-Elektromobilitätsinfrastruktur-Gesetz (GEIG)

So hat das Bundeskabinett am 4. März den vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) vorgelegten Entwurf des Gesetzes zum Aufbau einer gebäudeintegrierten Lade- und Leitungsinfrastruktur für die Elektromobilität – das Gebäude-Elektromobilitätsinfrastruktur-Gesetz (GEIG) – beschlossen. Bis der Entwurf auch den Bundestag und den Bundesrat passiert hat, wird er erfahrungsgemäß noch mehrfach geändert werden.

Leerrohre werden Vorschrift

Aktuell ist in dem GEIG-Entwurf unter anderem festgelegt: Werden Wohngebäude mit mehr als zehn Stellplätzen gebaut oder umfassend renoviert, müssen künftig alle Stellplätze mit Schutzrohren für Elektrokabel ausgestattet werden. Bei Nicht-Wohngebäuden muss mindestens jeder fünfte Stellplatz ausgerüstet und mindestens ein Ladepunkt errichtet werden. Ab 2025 muss jedes nicht zum Wohnen genutzte Gebäude mit mehr als zwanzig Stellplätzen mit mindestens einem Ladepunkt ausgestattet werden. Verstöße werden mit Bußgeldern geahndet.

Elektroauto an Wandladestation
Auch für Einfamilienhäuser gibt es Wandladestationen.

Ladestation am Einfamilienhaus

Durch das Vorantreiben der E-Mobilität stellt sich auch die Frage: Was ist bei der Planung von Gebäuden zu beachten? Sinnvollerweise werden Elektroautos dort geladen, wo sie länger stehen. Das sind zum einen das heimische Umfeld und zum anderen der Parkplatz an der Arbeitsstelle. Bei Einfamilienhäusern ist das Einrichten einer Lademöglichkeit relativ einfach. Das Ladekabel kann an eine normale Haushaltssteckdose (Schuko-Steckdose) angeschlossen werden – auch wenn dort die Ladeleistung auf 2,3 kW reduziert ist. Alternativ kann eine Starkstrom-Steckdose beziehungsweise eine Wallbox installiert werden, die eine deutlich höhere Ladeleistung von beispielsweise 11 kW bietet.

Lastmanagement bei Ladestationen in Mehrfamilienhäusern oder Bürogebäuden

Bei mehreren Ladepunkten – sei es in der Tiefgarage eines Mehrfamilienhauses oder am Arbeitsort – kann die Leistung, die die Fahrzeuge in Summe benötigen aufgrund begrenzter Netzkapazitäten über der liegen, die der Energieversorger liefern kann. Somit ergibt sich die Forderung nach einem Lastmanagement.

Dahinter verbirgt sich im Wesentlichen eine übergeordnete Steuerung, die die Ladeleistungen der einzelnen Ladepunkte aufeinander abstimmt. Ob im Detail alle Ladepunkte ihre Ladeleistungen gleichmäßig reduzieren oder einzelne Ladepunkte priorisiert werden, lässt sich individuell festlegen.

Elektroauto mit Ladesäule
Im öffentlichen Raum oder bei großen Liegenschaften bieten sich Ladesäulen an.

Wie viele Ladestationen braucht man?

Es gibt leider keine allgemeingültigen Empfehlungen, wie viele Ladestationen für Liegenschaften frühzeitig eingeplant werden sollten. Der Bedarf ist daher mit dem Investor oder Bauherren vorab abzustimmen. Die VDI 2166 Blatt 2 „Planung elektrischer Anlagen in Gebäuden – Hinweise für die Elektromobilität“ könnte hierfür als Orientierung dienen. Die Richtlinie empfiehlt für Arbeitsstätten, Parkhäuser und Verkaufsstätten eine Anzahl an Ladestationen in Höhe von fünf Prozent der Stellplätze (dabei mindestens 1 Platz) als Sofortausbau.

Parallel wird empfohlen, für 30 Prozent der Stellplätze einen Ausbau in Form von Platz/Montagemöglichkeit für die Ladestation sowie Vorbereitungen für Kabeltrassen vorzusehen. Zu beachten ist dabei allerdings, dass die Richtlinie zuletzt 2015 aktualisiert wurde – im Hinblick auf die rasante Entwicklung im Bereich der E-Mobilität sind diese Angaben wohl eher als konservativ zu betrachten. In Bezug auf die Ladeleistungen empfiehlt die Richtlinie Leistungen von 3,7kW bis 22kW. In der Praxis zeichnet sich die Ladestation mit 11kW als empfehlenswerteste Variante ab.

Ladestationen mit Authentifizierung

Ist eine Authentifizierung gefordert, kann diese über die Freischaltung des Ladepunktes, über eine Chipkarte oder per Handy erfolgen. Diese Anforderungen führen dazu, dass als Ladepunkt eine einfache Steckdose nicht ausreicht. Dafür wird eine Wallbox oder Ladesäule benötigt, die übergeordnet als Ladestation bezeichnet wird. Diese Ladestationen müssen „kommunikativ“ sein. Das bedeutet: Zusätzlich zum Anschluss an das Stromnetz muss eine Verbindung über Datenleitungen zu den anderen Ladestationen beziehungsweise zu einer Steuerung für Lastmanagement und Authentifizierung durchgeführt werden.

All das muss frühzeitig in die Objektplanung einfließen. Das sind im Wesentlichen die Möglichkeiten zur Verlegung von Strom- und Datenleitungen sowie zur Installation einer zentralen Steuerung in einem nicht öffentlich zugänglichen Raum, wie einem Technikraum. Parallel zu den elektrotechnischen werden auch gebäudetechnische Anforderungen im Hinblick auf den Standort der Ladesäule erhoben. Die wichtigsten sind in der Checkliste zusammengestellt.

Checkliste für bauliche Anforderungen an Ladestationen

  1. Platz für die Ladestation bei der PKW-Stellfläche berücksichtigen
  2. Ist die Ladestation gegen Umwelteinflüsse, wie direkte Sonne, Regen, Schnee, Laub oder Hochwasser, geschützt? Entspricht die Ladestation der Schutzart – zum Beispiel IP44 im Außenbereich, IP22 im Innenbereich?
  3. Werden die erlaubten Umgebungstemperaturen von -30 bis +50 Grad Celsius sowie die relative Luftfeuchtigkeit von 5 bis 95 Prozent eingehalten? Werden die erlaubten Oberflächentemperaturen der Ladestation eingehalten?
  4. Ist die Ladestation stabil befestigt – zum Beispiel an der Wand oder Verankerung im Fundament? Ist für am Boden befindliche Ladestationen ein Rammschutz vorhanden?
  5. Ist der Standplatz für das Elektrofahrzeug ausreichend dimensioniert? Die Empfehlung ist: ca. 5 mal 3 Meter
    bzw. 5,5 mal 3 Meter bei Ladestation an der Stirnseite.
  6. Ist der Standplatz für das Elektrofahrzeug ausreichend beleuchtet? Die Empfehlung ist: ca. 100 lx; dabei Steuerung über Präsenzmelder sinnvoll
  7. Bei geschlossenen Räumen: Ist eine ausreichende Be- und Entlüftung sichergestellt? Zu beachten ist: Wärmeentwicklung bis zu 10 Prozent der Ladeleistung zzgl. Eigenwärme des Fahrzeugs.
  8. Ist ein Schutz gegen Vandalismus bzw. unberechtigtem Zugriff (z.B. Schloss) vorhanden?
  9. Falls beim Standort die Nutzung einer App (zur Legitimierung, Visualisierung etc.) genutzt werden soll,
    muss eine entsprechende Handy-Anbindung (WLAN, Mobilfunk) möglich sein.

Die Checkliste kann auch als PDF heruntergeladen werden.

Grafik Ladesysteme für Elektroautos
Links: Ladebetriebsart 3, Wechselstrom-Ladung über eine Ladestation. Rechts: Ladebetriebsart 2, Ladung über Ladekabel mit ICCB an einer Steckdose

Welche Ladebetriebsarten, Ladeleistungen und Steckdosen gibt es?

In Bezug auf die Art der Ladung unterscheidet man sogenannte Ladebetriebsarten. Die beiden üblichsten Varianten sind die Ladebetriebsart 2 und die Ladebetriebsart 3. Bei der Ladebetriebsart 2 wird das Fahrzeug mit einem Ladekabel inklusive Steuerbox (ICCB – In Cable Control Box) an eine Steckdose im Gebäude angeschlossen. Die Steckdose kann eine einfach Schuko-Steckdose aber auch eine Starkstromsteckdose sein.

Wenn eine normale Schuko-Steckdose verwendet wird, ist zu beachten, dass diese nicht mit 16A-Dauerstrom belastet werden darf. Ansonsten kommt es zu gefährlicher Wärmeentwicklung und Brandgefahr. Somit ist bei der Nutzung von Schuko-Steckdosen eine Reduktion auf 10A (2,3kW Ladeleistung) erforderlich. Sofern bei Ladebetriebsart 2 eine Starkstromsteckdose genutzt wird und der elektrische Anschluss fachgerecht ausgeführt wurde, spricht nichts gegen eine Ladeleistung von 11 kW (16A bei dreiphasigem Anschluss).

Der Nutzer benötigt neben dieser Starkstromsteckdose lediglich ein entsprechendes Ladekabel. Wie zuvor erwähnt, wird bei der Ladebetriebsart 2 weder Last-Management noch Authentifizierung unterstützt – somit ist diese Ladebetriebsart nicht für größere beziehungsweise gewerbliche Liegenschaften sinnvoll.

Bei der Ladebetriebsart 3 wird das Fahrzeug an eine Ladestation (Ladesäule oder Wandladestation) angeschlossen. Die Ladeleistung wird über Wechselstrom (AC) übertragen. Der Anschluss an eine Gleichstrom-Ladestation wäre Ladebetriebsart 4. Die Ladeleistung bei der Ladebetriebsart 3 dürfte gemäß Normen bis zu 43,5 kW betragen – üblich sind 11 kW (Starkstromanschluss mit 16A) beziehungsweise 22 kW (Starkstromanschluss mit 32A).

Wie erwähnt, ist es bei größeren Liegenschaften üblich, dass vom Energieversorger nicht so viel Leistung geliefert werden kann, wie alle Ladestationen zusammen benötigen. Somit macht es keinen Sinn, die einzelnen Ladestationen so leistungsfähig wie möglich auszuführen. Üblicherweise genügt eine maximale Ladeleistung von 11kW. Dies verträgt sich auch mit Blick auf das Elektroauto. Ein Fahrzeug mit beispielsweise 40-kWh-Akkukapazität wäre damit in weniger als vier Stunden komplett geladen – selbst, wenn zum Start der Ladung der Akku komplett leer war.

Ladestecker Typ 2 für Elektroautos
Ein Ladestecker Typ 2 für Elektroautos

Welche Ladestecker gibt es?

Wichtig ist aber auch der fahrzeugseitige Stecker. Der in Europa übliche Stecker ist der sogenannte „Typ2“ . Dieser wird auch von der deutschen Ladesäulenverordnung für öffentliche Ladestationen vorgeschrieben. In den USA und in Japan ist allerdings der etwas kleinerer Stecker „Typ1“ verbreitet. Somit muss man davon ausgehen, dass Fahrzeuge von Herstellern aus diesen Ländern entsprechende Buchsen am Fahrzeug haben.

Sinnvoll ist somit, die Ladestation nicht mit einem angeschlagenen Ladekabel sondern mit einer Buchse vom Typ2 auszustatten. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Fahrer eines Elektroautos ein entsprechendes Ladekabel mitführt. Der Fahrer eines Fahrzeugs mit Typ1-Buchse verfügt üblicherweise über ein Ladekabel „Typ-1 auf Typ-2“.

Empfehlung: Ladestation mit 11kW und Typ-2-Anschlussbuchse

In Summe empfiehlt sich als Infrastruktur für größere, gewerbliche Liegenschaften die Installation einer Ladestation mit 11kW Leistung und Typ-2-Anschlussbuchse. Womöglich ist es aber auch interessant, sich an den möglichen Fahrzeugen zu orientieren, die geladen werden sollen. Eine gute Übersicht über die aktuellen Elektroautos, deren Ladesteckern sowie Akkukapazitäten ist im Factsheet 12 von Austrian Mobile Power aufgeführt und wird immer wieder aktualisiert.

Untereinander kommunizieren über Datenleitungen

Bei größeren, gewerblichen Liegenschaften ist es ausgesprochen wichtig, dass die Ladestationen über Datenleitungen mit einer Steuerung verbunden sind, damit sie untereinander kommunizieren können. Zum Beispiel um das Lastmanagement oder die Authentifizierung durchzuführen. Dabei umfasst das Lastmanagement womöglich auch die Kopplung mit PV-Anlagen. Immerhin ist das Laden von E-Fahrzeugen genau dann besonders vorteilhaft, wenn eine PV-Anlage gerade Überschuss-Energie liefert.

Hierfür muss es zunächst möglich sein, an die Ladestation ein Datenkabel anzuschließend. Die häufigsten Varianten sind der bekannte Ethernet-Anschluss oder eine einfache sogenannte serielle Schnittstelle (RS485). Eines von beiden sollte im Datenblatt der Ladestation aufgeführt sein. Damit ist aber zunächst nur gewährleistet, dass Datenpakete mit der Ladestation ausgetauscht werden können. Was für Daten in diesen Paketen enthalten sind beziehungsweise wie diese Datenpakte zu interpretieren sind, ist eine andere Frage.

Interoperabilität mit OCPP-Protokoll

In der Kommunikationstechnik spricht man hier von höherwertigen Protokollen. Im Bereich von PCs und einer Netzwerk-Verbindung über Ethernet ist das zum Beispiel das Protokoll http für das Surfen im Internet oder POP3/IMAP für die Übertragung von Mails. Bei Ladesäulen für die Elektromobilität zeichnet sich das Protokoll OCPP ab, das von der Ladesäule unterstützt werden sollte. Im Umkehrschluss heißt das: Ladestationen ohne OCPP-Funktionalität weisen gravierende Einschränkungen auf, wenn es darum geht, diese flexibel und herstellerübergreifend in übergeordnete Steuerungen einbinden zu wollen.

Michael Krödel ist Professor für Gebäudetechnik und -automation an der Hochschule Rosenheim und Leiter des Instituts für Gebäudetechnologie in Ottobrunn bei München

 

Mehr Informationen zu Ladestationen für Elektroautos

Leitfaden „Ladeinfrastruktur und Elektromobilität für die Wohnungswirtschaft“ des Verbands Sächsischer Wohnungsgenossenschaften

Seminar/Webinar „Smart Building und E-Mobility“ des Instituts für Gebäudetechnologie

4 Gedanken zu „Elektroautos: Ladestationen richtig planen

  1. „Sinnvoll ist somit, die Ladestation nicht mit einem angeschlagenen Ladekabel sondern mit einer Buchse vom Typ2 auszustatten“
    was ist daran sinnvoll? Ist ja an der Tankstelle auch nicht so, oder?

    Antworten
  2. Danke Herr Prof. Krödel. Dies ist die beste Zusammenfassung der letzten 11 Jahre, großer Applaus! Im halb-öffentlichen Bereich gibt die Ladesäulenverordnung für das AC-Laden, mindestens eine Typ2 Buchse vor. Im privaten Bereich bietet sich aus Komfortgründen ein fest angeschlagenes Kabel an!
    Rachid Ait Bouhou
    (Wissenschaftlicher Beirat im Bundesverband eMobilität e.V.)

    Antworten
  3. Die Authentifizierung und Autorisierung erfolgt in Zukunft über ISO 15118 direkt vom Fahrzeug. Hierzu gibt es schon Wallboxen und Ladesäule.

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