Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge
Das Bundeskabinett hat im Jahr 2016 ein Marktanreizprogramm für die Elektromobilität beschlossen. Ziel soll sein, dass der Ausbau der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge gefördert wird. Mit dem Programm will die Bundesregierung den Aufbau eines flächendeckenden und bedarfsgerechten Ladenetzes von Schnelllade- und Normalladestationen initiieren. Die Regierung hat das Ziel gesetzt, bis 2020 mindestens 15.000 neue Ladestationen zu errichten. Doch wie schaut die Situation heute aus? Welche Möglichkeiten besitzt der Elektroautobesitzer, wenn er sein Fahrzeug laden möchte? Das erfahren Sie in diesem Beitrag und gemeinsam werfen wir auch einen Blick in die Zukunft.
Hintergrund
Die Elektromobilität steht für die Fortbewegung mit einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug. Dies kann ein reines Batterieelektrofahrzeug sein, aber auch ein von außen aufladbares Hybridelektrofahrzeug (Plug-In-Hybrid genannt) oder ein Brennstoffzellenfahrzeug sein. Jedes Technologiekonzept hat die Möglichkeit, die Batterie mithilfe von Ladesäulen wieder aufzuladen. Mit dem heutigen technologischen Stand besitzen die Elektrofahrzeuge im Schnitt eine Reichweite von über 300 Kilometern.
Elektromobilität: Stand jetzt
Damit sich die Elektromobilität erfolgreich auf dem deutschen Mobilitätsmarkt etablieren kann, ist ein grundlegendes Angebot an öffentlichen Ladepunkten unverzichtbar. Für eine Million E-Autos werden circa 70.000 Normalladepunkte und 7.000 Schnellladepunkte benötigt. Dabei stehen besonders Städte mit Car-Sharing-Anbietern und vielen Einwohnern im Fokus. Ende August 2019 gab es rund 21.100 öffentlich zugängliche Ladepunkte. Aktuell sind rund 27.730 öffentliche und teilöffentliche Ladepunkte von Energieunternehmen, Parkhaus- und Parkplatzbetreibern, Supermärkten und Hotels erfasst (Stand März 2020). In den nächsten Monaten sollen weitere 16.000 Ladepunkte in Deutschland installiert werden. Das gesteckte Jahresziel wird so klar erreicht.
Ladearten für Elektroautos
Inzwischen haben sich Standards und Normen für die Stecker in Europa herausgebildet, die einen ladetechnik- und länderübergreifenden Einsatz von Elektrofahrzeugen grundsätzlich ermöglichen. Für das Aufladen von Elektroautos stehen derzeit drei Arten von Ladestationen zur Verfügung:
- Das Laden an einer Steckdose, beispielsweise mit einer „Wallbox“. Diese kommen häufig im privaten Bereich zum Einsatz. Wallboxen lassen jedoch nur einen Energiedurchfluss von 3,7 kW zu. Somit benötigt das vollständige Aufladen des Fahrzeuges Zeit.
- Normalladepunkte bieten mit der heutigen Technik 22 kW Ladeleistung. Das Fahrzeug wird dabei relativ schnell aufgeladen. Diese Technologie wird vermehrt im öffentlichen oder halböffentlichen Bereich zum Einsatz kommen.
- Schnellladepunkte besitzen eine Ladeleistung von weit mehr als 22 kW. Hierzu gehören auch die sogenannten Supercharger, also hochleistungsfähige DC-Ladesäulen mit einer Ladeleistung von 120 kW oder mehr. Das vollständige Aufladen des Fahrzeugs ist mit dieser Technologie in unter einer Stunde möglich.
Ladestecker-Typen für Elektrofahrzeuge
AC vs. DC
Es wird grundsätzlich zwischen Gleich- und Wechselstrom unterschieden. Zu beachten ist dabei jedoch, dass Elektrofahrzeuge ausschließlich Gleichstrom (DC) speichern. Für das Laden ist also eine Umwandlung von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom nötig. Dafür bestehen zwei Möglichkeiten:
Möglichkeit 1: Das Laden mit Wechselstrom. Jedes Fahrzeug ist in der Lage, mit Wechselstrom geladen zu werden. Das On-Board-Ladegerät des Fahrzeugs wandelt hierfür den Wechselstrom in Gleichstrom um.
Möglichkeit 2: Die schnellere Alternative heißt DC-Laden. Der Strom wird hier direkt in die Batterie geladen. Schnellladestationen ermöglichen somit sehr schnelle Ladeleistungen von bis zu 250 kW.
Wie lange dauert ein Ladevorgang?
Die Dauer eines Ladeprozesse hängt von zwei Faktoren ab: Zuerst die maximale Ladeleistung (kW) und zweitens die Batteriekapazität (kWh). Um die ungefähre Ladedauer zu erfahren, teilt man die Kapazität durch die Ladeleistung. Der tatsächliche Ladeprozesse dauert jedoch ein wenig länger, da die Ladeleistung bei den letzten 20 % gedrosselt wird, um eine Überhitzung der Batterie zu verhindern und die Lebensdauer der Batterie nicht unnötig zu verringern.
Wenn wir bspw. ein Audi E-tron quattro betrachten, so besitzt das Fahrzeug eine Kapazität von 71 kWh. Wenn der Wagen nun mit einem AC-Ladestecker mit 22 kW aufgeladen wird, benötigt eine vollständige Ladung der Batterie 3,25 Stunden. Wird das Fahrzeug an einer Schnellladesäule mit 120 kW vollständig aufgeladen, benötigt es nur noch ungefähr 38 Minuten.
Ausblick in die Zukunft
Die Zahl der Ladestationen wird in den nächsten Jahren weiter steigen. Während es im Jahr 2017 erst 17 Schnellladestationen pro 100 Kilometer Autobahn gab, so waren es ein Jahr später schon 24 Schnellladestationen. Im Jahr 2019 stehen Elektrofahrzeughalter bereits 34 Schnellladestationen pro 100 Kilometer zur Verfügung und dieser Trend wird sich im Jahr 2020 weiter fortsetzen. Bis 2030 soll es eine Million öffentliche Ladesäulen (AC und DC) in Deutschland geben.
Der Ausbau der Ladeinfrastruktur ist die Grundvoraussetzung für eine höhere Akzeptanz für die Elektromobilität in Deutschland. Doch welche Trends und welche innovativen Technologien werden in Zukunft dafür sorgen, dass unseren Autos nicht der Saft ausgeht?
Konduktives Laden
Das konduktive Laden, also das Laden mit Ladekabel, wird weiterhin am meisten benutzt werden. Die Technologie wird sich, wie die Batterietechnik auch, immer weiterentwickeln und wird so noch kürzere Ladezeiten ermöglichen können.
Induktives Laden
Hinzu wird in Zukunft die induktive Ladetechnologie kommen. Das induktive Laden kennen Sie heute bereits von neueren Smartphones. Das gleiche Prinzip wird in Zukunft auch für das Laden des Fahrzeuges verwendet. Das Fahrzeug wird auf eine Ladestation geparkt und wird drahtlos geladen. Der Strom fließt dabei über Spulen, die in beiden Teilen verbaut sind. Unternehmen wie Porsche & Audi oder Qualcomm haben solche Systeme schon entwickelt und es ist davon auszugehen, dass diese Technologie in nächster Zukunft auf dem Markt implementiert wird.
Dieselbe Technologie können Sie dann auch während der Fahrt verwenden. Qualcomm hat dafür schon Teststrecken gebaut um das „dynamische Laden“ zu erforschen. Das dynamische Laden wird das Laden der Batterie während der Fahrt ermöglichen und so das Elektrofahrzeug auch für die Langstrecke attraktiv machen, da mit dieser Technologie mehrere Hundert Kilometer ohne Pause möglich sind. Vorreiter dieser Technologie sind die Schweden, die ihre Infrastruktur mit den Spulen ausgerüstet haben und in Zukunft weiter ausbauen werden.
Smart Grid-Technologie
Dank der Entwicklung im Bereich der Ladetechnologien wird das Laden der Fahrzeuge immer unkomplizierter. Zum großen Vorteil der Konsumenten wird das Laden auch immer schneller. Doch was wäre, wenn man das Fahrzeug nicht mehr als Fortbewegungsmittel sieht, sondern als Stromspeicher? Ein Szenario: Es scheint die Sonne und Ihre Photovoltaikanlage auf dem Hausdach wandelt das Sonnenlicht in Energie um. Diese Energie wird dann direkt in der Batterie des Fahrzeuges gespeichert, wenn es am Stromnetz des Haushalts angeschlossen ist. Bei Bedarf gibt nun das Fahrzeug die Energie wieder ins Netz oder in den Haushalt ab. Somit können Elektrofahrzeuge Teil eines intelligenten Stromnetzes werden.
Fazit
Um den Strombedarf zu decken, muss die Zahl der Ladesäulen schnell steigen. Gleichzeitig kann so auch die Attraktivität des elektrischen Fahrens massiv erhöht werden. Negative Schlagworte wie beispielsweise „keine Reichweite“ würden so entkräftet werden. Mit neuen innovativen Ladesystemen wird die Elektromobilität in den nächsten Jahren stark an Bedeutung gewinnen. Auch können kritische Stimmen durch die Einführung von induktivem Laden weiter verstummen.
FAQ
Was ist Elektromobilität?
Die Elektromobilität bezeichnet das Nutzen eines teilelektrisch (Hybrid) oder vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug. Darunter fallen elektrische Bahnen, Elektroautos, Elektromotorroller, Elektromotorräder, Elektrobusse, Elektrolastkraftwagen und das Elektrofahrrad.
Welche Vorteile bieten Elektroautos?
- Elektrofahrzeuge sind sehr leise und benötigen keine Schaltvorgänge. Sie bieten Fahrern somit mehr Komfort.
- Elektrofahrzeuge bieten Nutzern mehr Innenraum im Vergleich zu klassischen Autos mit gleicher Größe.
- E-Autos verursachen beim Aufladen weniger Kosten als ein Benziner beim Tanken.
- Elektrofahrzeuge werden in Deutschland derzeit niedriger versteuert.
- Geringer bis kein CO2-Ausstoß bei E-Autos
Welche Ladearten gibt es für Elektrofahrzeuge?
Grundsätzlich ist zwischen Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) zu unterscheiden.
- Das Laden mit Wechselstrom ist für jedes Fahrzeug möglich. Hierfür wandelt das On-Board-Ladegerät den Wechselstrom in Gleichstrom um.
- Die schnellere Alternative heißt DC-Laden. Der Strom wird hier mit bis zu 250 kW direkt in die Batterie geladen.
Wie lange dauert ein Ladevorgang?
Dies hängt von 2 Faktoren ab: Die maximale Ladeleistung (kW) und die Batteriekapazität (kWh). Um die ungefähre Ladedauer zu erfahren, teilt man die Kapazität durch die Ladeleistung. Zu beachten ist jedoch, dass beim Ladeprozess die letzten 20 % der Batteriekapazität gedrosselt geladen wird, um die Batterie nicht zu überstrapazieren.
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