Normal, Schnell, Laterne – Ladetechnologien im Überblick

Dez 13, 2022

 Im ersten Teil unseres Artikels haben wir uns mit der Notwendigkeit des Lademixes für die öffentliche Ladeinfrastruktur beschäftigt. In diesem Artikel möchten wir das Thema mit einem Blick auf die damit verbundenen Technologien vertiefen, um somit das Verständnis rund um den Lademix zu festigen, und Sie leichter Entscheidungen für den Ausbau Ihrer Ladeinfrastruktur treffen können.

Die Unterschiede machen das Ladeerlebnis besser

Mit verschiedenen Ladetechnologien werden im Rahmen eines individuellen Lademixes unterschiedliche Ziele erreicht. Jede Technologie ist dabei für ein anderes Ziel gut. Die Ladegeschwindigkeit, die Standzeiten der Fahrzeuge und die technischen Möglichkeiten der E-Autos spielen dabei eine wichtige Rolle. Diese drei Faktoren bestimmen, welche Ladetechnologien am besten zum Einsatz kommen. Und dann sind da noch die Fahrer*innen! Gewohnheiten gibt man grundsätzlich ungern auf. Die meisten denken deshalb beim Laden ihres Fahrzeugs oft an das herkömmliche Tanken: Ran an die Zapfsäule, auftanken und weiter geht es. Natürlich gelten beim E-Auto diese Gesetze nicht mehr, weil Strom ein völlig anders Medium ist. Daran müssen sich auch die E-Auto-Fahrer*innen erst einmal gewöhnen. Selbst ein schnelles Laden kann heute eine halbe bis eine Stunde dauern. Oft macht es aber Sinn, dass Ladevorgänge über Nacht oder während der Arbeit stattfinden. Hier benötigt man dann auch keine komplexen Schnellladesäulen, und kann an dieser Stelle andere günstigere Technologien einsetzen.

Rock ’n’ Roll beim Aufladen?

Fans stehen beim Hören der Band ACDC regelrecht unter Strom. Vielleicht liegt es daran, dass die Band die Essenz von Strom bereits im Namen trägt. AC-Strom heißt auch Wechselstrom, weil die Richtung des Stromes wechseln kann. DC-Strom nennt man Gleichstrom, weil er nur in eine Richtung fließt. Unser normales Netz in der Stadt basiert auf Wechselstrom. Alle Autobatterien arbeiten aber grundsätzlich mit Gleichstrom. Im E-Auto ist deshalb ein Wandler eingebaut, der den Strom aus dem herkömmlichen Stromnetz (Wechselstrom) in batteriefreundlichen Gleichstrom umwandelt. Während dies bei      Laternenladepunkten und Normalladesäulen (AC-Ladesäulen) im Fahrzeug passiert, besitzen Schnellladesäulen (DC-Ladesäulen) einen eigenen leistungsstarken Wandler, da hier der Gleichstrom sehr schnell und direkt in die Batterie eingespeist wird.

Schauen wir gemeinsam auf die Seite der Elektroautos. In gewisser Hinsicht amüsant ist, dass ein E-Auto, das eine maximale Ladeleistung von 150 kW angibt, diese nur an einer DC-Ladesäule abrufen kann. Schließen wir unser E-Auto an eine AC-Ladesäule an, wird meist nur mit 11 kW geladen, selbst wenn 22 kW anliegen. Was dies für den Aufbau der Ladeinfrastruktur bedeutet, erläutern wir in den folgenden Abschnitten.

Schnellladesäulen (DC)

Sie sind die „Turbolader“ unter den Ladestationen. Schneller kann man ein E-Auto nicht laden. Weil sie so schnell sind, werden sie überwiegend an Autobahnraststätten oder an Standorten in der Nähe von Hauptverkehrsstraßen installiert. Reisende benötigen eben schnell den Strom ohne lange Wartezeiten. Die Batterie wird bei diesem Ladevorgang mit über 50 kW bis zu einem Batteriestand von 80 % mit der maximal verfügbaren Leistung aufgeladen. Danach wird die Ladegeschwindigkeit verringert, um die Lebensdauer der Batterie zu erhalten. Bei aktuellen Elektrofahrzeugen dauert dies zwischen 20 und 60 Minuten.

Die Herausforderungen an Schnellladegeräte sind vielfältig. Das schnelle Laden erhitzt die Elektronik der Säulen. Diese muss deshalb gekühlt werden, was wiederum extra Strom kostet. Für die Stromumwandlung wird zusätzlich noch ein Konverter in der Ladestation benötigt, der den Strom von AC-Strom in DC-Strom umwandelt. Das macht diese Ladestation wiederum komplexer, größer und damit kostenintensiver in der Beschaffung sowie im Aufbau. Dazu benötigen Schnellladesäulen einen Anschluss an das Mittelspannungsnetz und zusätzlich einen Transformator. Das erhöht die Kosten dieser Ladetechnologie zusätzlich. Alle Schnellladegeräte sind aus Sicherheitsgründen bereits mit einem Kabel ausgestattet, das fest an der Säule montiert ist.

Beim Aufbau und der Konzeption der Schnellladeinfrastruktur sollte auch darauf geachtet werden, wie viel Stromleistung die E-Autos aufnehmen können. Diese haben stets eine Angabe zu ihrer maximalen Leistungsaufnahme, beispielsweise 150 kW, und besitzen ein Batteriemanagementsystem (BMS). Dieses System regelt die Leistungsaufnahme und ist beim Laden u. a. dafür verantwortlich, dass die Batterie nicht überhitzt oder überladen wird. Viele E-Autos nehmen also nicht über die gesamte Ladezeit die maximal mögliche Leistung an. Damit stellt sich die Frage, ob beim Aufbau mehrerer Schnellladesäulen an einem Standort stets die größtmögliche Leistung notwendig ist. Denn die Reduzierung der Leistung wirkt sich erheblich auf die Errichtungskosten aus. Eine individuelle Planung ist damit von großer Bedeutung.

Normalladesäulen (AC)

Sie sind die „Gemütlichen“ unter den Ladestationen. Mit Ladeleistungen zwischen 7 und 22 kW bis 80 % der Batterieleistung brauchen sie zwar länger, um ein E-Auto aufzuladen, sind aber dafür kompakter aufgebaut, da hier zum Beispiel kein Stromwandler benötigt wird. Hier wird stets ein eigenes Kabel benötigt. Die Normalladesäule findet man daher oft in Parkhäusern, auf Firmengeländen und anderen halb-öffentlichen Parkplätzen sowie im öffentlichen Straßenraum. Wird ein E-Auto für einen Zeitraum von mehreren Stunden geparkt, ist sie die richtige Wahl. Gerade im öffentlichen Straßenraum sind diese Ladesäulen mit einem Zeitlimit zum Parken und Laden versehen, erlauben es jedoch meist, über Nacht stehen bleiben zu können. Diese Ladesäulen bieten oft zwei Ladepunkte an.

Bei den Elektroautos zeichnet sich für das AC-Laden eine Ladegeschwindigkeit von 11 kW als Standard ab. Höhere Ladegeschwindigkeiten bis 22 kW sind selbst bei sehr hochwertigen E-Autos meist nur als kostspielige Option buchbar. Um die Kosten für den Aufbau dieser Ladesäulen gering zu halten, ist es somit meist nicht nötig, beide Ladepunkte mit je 22 kW ausstatten zu lassen. Dies erhöht die Kosten für den Netzanschluss und wird von den angeschlossenen E-Autos trotzdem nicht genutzt.

Laternenladepunkte (AC)

Sie sind die „Nachtaktiven“ unter den Ladegeräten, denn sie erledigen ihren Job praktisch im Schlaf. Bürger*innen profitieren hier von den langen Parkzeiten ihrer E-Autos, die bewusst für Ladevorgänge von rund 6 bis 12 Stunden genutzt wird. Auch hier wird ein eigenes Kabel benötigt. Diese Ladegeräte beziehen ihren Strom direkt aus einer Straßenlaterne und speisen die Batterie mit schonenden 3,7 kW.

Das Laden an Laternenladepunkten ist tatsächlich die günstigste Art, das E-Auto zu laden. Die Säule selbst zeichnet sich durch seine schlanke und kompakte Form aus und das langsame Laden schont die Batterie. Eine zusätzliche Kühlung wird auch nicht benötigt. Die Lebensdauer der Batterie im E-Auto wird so ebenfalls geschont. Aus Sicht einer Kommune ergibt sich ein weiterer Vorteil, denn Laternenladesäulen vermeiden Stromspitzen, die das städtische Netz sehr belasten können. Laternenladesäulen können in Gegensatz zu ihren größeren Verwandten in unter 60 Minuten installiert werden. Gleichzeitig wird das regionale Stadtbild durch ihr unauffälliges Äußere nicht gestört.

Tiefergehende Details und Normen zu Ladesäulen in Deutschland findet man übrigens zusammengefasst in der Ladesäulenverordnung des Bundesministeriums der Justiz.

Robert Marx

Ich bin Robert Marx und bei ubitricity für den Ausbau von Ladeinfrastruktur im norddeutschen Raum verantwortlich. Als studierter Maschinenbauingenieur beschäftigt mich insbesondere die technische Umsetzung unserer Ladeinfrastrukturprojekte, wie beispielsweise die Anschlussbedingungen eines Laternenladepunktes. In meiner vorherigen Stelle als technischer Vertriebsmitarbeiter konnte ich tiefgehende Erfahrung in der Planung und Umsetzung technischer Projekte sammeln. Zudem setze ich mich mit den Anforderungen und Entwicklungen des deutschen E-Mobilitäts-marktes auseinander und integriere diese in unsere Produktangebote.