Ladeleistung

Ladeleistung – Definition, Berechnung, Leistungsunterschiede bei Wechsel- und Gleichstrom

Inhalt des Wiki-Artikel

• Ladeleistung – Definition, Berechnung und Ladeleistungen gängiger E-Autos
• Berechnen der Ladeleistung
• Die Ladeleistung aus der Steckdose im Vergleich zur Wallbox
• Beispiele für Ladeleistungen gängiger E-Auto-Modelle
• Höhere Ladeleistungen dank Gleichstrom
• Einbindung von Ladepunkten in das Stromnetz

Ladeleistung – Definition, Berechnung und Ladeleistungen gängiger E-Autos

Die Ladeleistung bezeichnet die Menge an elektrischer Energie, die in einem bestimmten Zeitraum von einer Ladestation an ein Elektroauto übertragen wird. Unterschieden werden Normalladepunkte und Schnellladepunkte, deren Definition sich in der „Verordnung über technische Mindestanforderungen an den sicheren und interoperablen Aufbau und Betrieb von öffentlich zugänglichen Ladepunkten für Elektromobile“ findet, der sogenannten Ladesäulenverordnung (LSV). Demnach ist ein Ladepunkt, der Strom mit einer Ladeleistung von maximal 22 Kilowatt (kW) übertragen kann, ein Normalladepunkt. Ein Schnellladepunkt gibt elektrische Energie mit einer höheren Ladeleistung an E-Fahrzeuge ab.¹

Berechnen der Ladeleistung

Mit Hilfe der Spannung, der Stromstärke und der Anzahl der Phasen eines Stromanschlusses kann die Ladeleistung berechnet werden. Die Formel zur Berechnung der Ladeleistung lautet:

Ladeleistung = Phasen ∙ Spannung ∙ Stromstärke

Bei dreiphasigen Anschlüssen ist zu berücksichtigen, ob eine Stern- oder Dreieckschaltung vorliegt. Obige Formel gilt für Anschlüsse mit Einphasenwechselstrom oder mit Drehstrom beziehungsweise Dreiphasenwechselstrom mit Sternschaltung. Liegt dreiphasiger Wechselstrom oder Drehstrom mit einer Dreieckschaltung vor, findet die Formel in leicht abgewandelter Form Anwendung:

Ladeleistung = Wurzel ∙ Spannung ∙ Stromstärke

Eine Ladeleistung von mehr als 22 Kilowatt lässt sich mit Gleichstrom oder Dreiphasenwechselstrom mit einer Stromstärke von 32 Ampere erreichen.²

Die Ladeleistung aus der Steckdose im Vergleich zur Wallbox

Elektroautos können in der Regel einfach über eine Steckdose zu Hause geladen werden. Der Strom wird bei einphasigem Wechselstrom dann mit einer Ladeleistung von 3,7 Kilowatt übertragen. Höhere Ladeleistungen werden mit einer Wallbox erreicht. Wandladestationen für das Eigenheim sind zum Beispiel mit einer Ladeleistung von 11 Kilowatt oder 22 Kilowatt verfügbar. Das E-Auto ist beim Anschluss an eine Wallbox also deutlich schneller aufgeladen, als dies bei der Nutzung einer Steckdose der Fall ist. Welche Wandladestation in Frage kommt, ist vom Ladegerät des Auto abhängig. Schnellladestationen sind für den privaten Gebrauch nicht geeignet, weil sie den Gebäudeanschluss überfordern würden.³

Beispiele für Ladeleistungen gängiger E-Auto-Modelle

An öffentlichen Ladepunkten ist neben Normalladen und Schnellladen teils auch Hochleistungsladen möglich. Dabei wird die elektrische Energie mit einer Ladeleistung von mehr als 50 Kilowatt übertragen. Prinzipiell ist bei dieser Art des Ladens die Stromübertragung mit einer Leistung von 400 Kilowatt realisierbar, bisher liegen die Möglichkeiten der Elektrofahrzeuge auf dem Markt aber noch deutlich darunter. Mit dem Model 3 bietet Tesla bisher die höchste Ladeleistung, nämlich 200 Kilowatt. Beim Laden mit Gleichstrom ist beim VW ID.3 die Übertragung mit einer Leistung von 100 Kilowatt möglich. Die Ladeleistung des E-Golfs ist auf 40 Kilowatt begrenzt, so dass es rund eine Dreiviertelstunde in Anspruch nimmt, die Batterie zu 80 Prozent zu laden. Das Modell Zoe von Renault lässt sich mit einer Leistung von bis zu 50 Kilowatt aufladen.⁴

Höhere Ladeleistungen dank Gleichstrom

Dreiphasigen Wechselstrom können Schnellladepunkte mit einer Leistung von bis zu 44 Kilowatt übertragen. Für eine höhere Ladeleistung ist Gleichstrom erforderlich. Dieser ermöglicht beim Schnellladen eine Übertragungsrate von 50 Kilowatt, für Hochleistungsladen kommt ausschließlich Gleichstrom infrage. Öffentliche Normalladepunkte befinden sich deshalb meist dort, wo das Elektroauto längere Zeit geparkt wird, zum Beispiel vor Einkaufscentern, während Schnellladepunkte beispielweise auf Autobahnraststätten zur Verfügung stehen. Wie schnell beziehungsweise mit welcher Ladeleistung ein E-Fahrzeug geladen werden kann, ist aber immer auch von seiner Ausstattung abhängig. Für Elektroautos gibt es verschiedene Steckersysteme. Während haushaltsübliche Steckdosen, blaue CEE-Stecker und Typ-1-Stecker lediglich die Übertragung von einphasigem Strom und somit einer begrenzten Ladeleistung ermöglichen, ist der in Europa etablierte Typ-2-Stecker auch für dreiphasige Wechselstrom-Ladeverfahren ausgelegt. Eine besonders hohe Ladeleistung kann mittels eines CCS-Steckers erreicht werden, der in der Ausführung Combo Typ 2 eine Erweiterung des Typ-2-Steckers darstellt.⁵

Einbindung von Ladepunkten in das Stromnetz

Bislang hat der Einsatz von E-Fahrzeugen keine Auswirkungen auf die Stabilität des öffentlichen Stromnetzes. Berechnungen zufolge sind erst ab einer Elektrifizierung von 10 bis 20 Prozent des Verkehrssektors Anpassungen vonnöten. Da keine betriebswirtschaftlichen Anreize gegeben sind, investieren die Netzbetreiber kaum in Automatisierungslösungen. Werden die Auswirkungen einer bestimmten Anzahl an Elektroautos auf das Stromnetz abgeschätzt, muss der sogenannte Gleichzeitigkeitsfaktor Berücksichtigung finden. Dieser bezieht sich auf die Erfahrung, dass bei steigender Ladeleistung die Ladezeiten kürzer werden und deshalb die Zahl der Elektrofahrzeuge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt tanken, abnimmt. Bei einer Ladeleistung von 2,7 Kilowatt liegt die Anzahl geschätzt bei 0,4. Daraus lässt sich ableiten, dass die Ladespitze bei 10 000 E-Autos bei höchstens 11 Megawatt läge. Anders gesagt: Wenn 40 000 E-Fahrzeuge im Einsatz sind, ist davon auszugehen, dass maximal 10 000 davon gleichzeitig laden.

Gesteuertes Laden und damit auch eine Entlastung des Stromnetzes ermöglichen Lastmanagementsysteme. Vor allem im Hinblick auf die abendliche Ladespitze sind flexible Lösungen gefragt. Diese sollte sich entzerren, wenn das Nutzungsspektrum von Elektrofahrzeugen sich dem von Autos mit Verbrennungsmotor annähert und Arbeitgeber Ladepunkte bereitstellen. Damit es beim Schnellladen mit hoher Ladeleistung nicht zu Engpässen kommt, sind Pufferspeicher vorzusehen. Große Ladeparks an Hauptverkehrsadern verfügen heute bereits zum Teil über spezielle Trafos oder Speicher.⁶