Ladeinfrastruktur im Gebäudebestand Einphasiges Laden als skalierbare Lösung

Die Elektromobilität scheitert im Bestand oft an Leistung und Kosten. Der Beitrag zeigt, warum 2,3 kW im Alltag ausreichen – und wie ein Schieflastbegrenzer einphasiges Laden skalierbar macht.

Die Akzeptanz der Elektromobilität steht und fällt mit der Möglichkeit, das Fahrzeug am Wohnort zu laden. Während Einfamilienhäuser in der Regel über ausreichend Anschlussleistung und unkomplizierte Installationsbedingungen verfügen, stellt der Gebäudebestand – insbesondere Tiefgaragen und Gemeinschaftsgaragen in Mehrfamilienhäusern – die Branche vor erhebliche Herausforderungen.

Heute stehen rund 80 % aller E-Fahrzeuge an Einfamilienhäusern. Das liegt jedoch nicht daran, dass dort der größere Bedarf besteht, sondern daran, dass E-Autos bisher vor allem von Eigenheimbesitzern adoptiert wurden – eben weil dort die Ladeinfrastruktur einfach realisierbar ist. Betrachtet man die Gesamtverteilung aller Pkw in Deutschland, entfällt ein erheblicher Anteil auf Mehrfamilienhäuser. In dem Maße, wie in den kommenden 20 Jahren die gesamte Fahrzeugflotte elektrifiziert wird, verschiebt sich der Schwerpunkt des Ladebedarfs massiv in Richtung Mehrfamilienhaus – ein Segment, für das bislang keine wirtschaftlich tragfähigen Lösungen existieren. Die Verstärkung der Hausanschlüsse in älteren Gebäuden ist häufig mit prohibitiv hohen Kosten verbunden oder technisch nicht realisierbar.

Dieser Fachartikel zeigt, warum einphasiges Schwachladen mit 2,3 kW die technisch und wirtschaftlich überlegene Lösung für dieses Marktsegment ist – und wie ein patentierter Schieflastbegrenzer das bisher größte Hindernis für die Skalierung beseitigt.

Nutzungsprofil: Standzeit vs. Ladeleistung

Die gesamte Diskussion um Ladeinfrastruktur wird derzeit von Schnellladelösungen dominiert. Dabei wird ein entscheidender Faktor übersehen: Fahrzeuge am Wohnort stehen typischerweise 10 bis 14 Stunden pro Nacht. Diese lange Standzeit macht hohe Ladeleistungen nicht nur unnötig, sondern kontraproduktiv.

Bei einer Ladeleistung von 2,3 kW werden in 10 Stunden ca. 23 kWh nachgeladen. Da 95 % aller täglichen Fahrten unter 100 km liegen und selbst große E-Fahrzeuge nicht mehr als 23 kWh auf 100 km verbrauchen, deckt eine einzige Nächtliche Ladung den täglichen Bedarf nahezu aller Nutzer vollständig ab. Kernrechnung:

2,3 kW ⋅ 10 h = 23 kWh ≈ 100 km Reichweite. Ausreichend für 95 % aller täglichen Fahrten – ohne Netzausbau, ohne Lastmanagement.

Netzbelastung und Stromreserven

Wallboxen mit 11 oder 22 kW belasten den Stromanschluss kurzfristig erheblich – selbst wenn ein Lademanagement die Überlastung überwacht. In Mehrfamilienhäusern, deren Netzanschlüsse ursprünglich nicht für Elektromobilität dimensioniert wurden, führt dies zwangsläufig zu Leistungsbegrenzungen und Zwangspausen einzelner Wallboxen.

Das Schwachladen mit 2,3 kW pro Ladepunkt hingegen bewegt sich im Leistungsbereich eines handelsüblichen Haushaltsgeräts. Hinzu kommt: Nachts verfügt das Stromnetz über Reserven von typischerweise mehr als 30 %. Das nächtliche Schwachladen nutzt diese Reserven, anstatt zu Spitzenzeiten zusätzliche Last zu erzeugen.

Paradoxerweise führt die höhere Nennladeleistung von 11-kW-Wallboxen in der Praxis aufgrund von Lastmanagement-Drosselungen und Zwangspausen oft zu keinem signifikant schnelleren Ladevorgang als das durchgehende Schwachladen mit 2,3 kW – insbesondere zu den Verbrauchsspitzenzeiten der Haushalte.

Batterieschonung

Langsames Laden hat einen positiven Einfluss auf die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus. Die geringere Ladeleistung von 2,3 kW reduziert die thermische und elektrochemische Belastung der Zellen gegenüber 11-kW-Ladung spürbar – insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, bei denen höhere Ladeströme die Zellchemie zusätzlich beanspruchen.

Für eine maximale Batterielebensdauer empfiehlt sich in beiden Fällen, die Ladung auf 80 % zu begrenzen und nur bei Bedarf auf 100 % zu laden.

Zusätzlich wird beim Schwachladen das sogenannte Top-Balancing der Batteriezellen – ein Prozess, der stets nach Erreichen der vollen Ladung stattfindet und zusätzliche Zeit beansprucht – zuverlässig durchlaufen, was die Zellbalance und damit die Langzeitstabilität des Akkus verbessert.

Das Schieflastproblem

Einphasiges Laden erzeugt eine unsymmetrische Belastung des Drehstromnetzes, da der Strom nur über eine der drei Netzphasen fließt. Werden jedoch mehrere einphasige Ladepunkte gleichmäßig auf die drei Phasen verteilt – beispielsweise je drei Wallboxen pro Phase bei insgesamt neun Stellplätzen –, ergibt sich bei gleichzeitiger und gleichmäßiger Nutzung eine weitgehend symmetrische Netzbelastung.

In der Praxis laden jedoch selten genau drei, sechs oder neun Fahrzeuge gleichzeitig. Sobald eine ungerade oder ungleich verteilte Anzahl von Fahrzeugen lädt, entsteht eine Schieflast. Gemäß VDE 0838-560 ist die zulässige Schieflast auf 10 bzw. 20 A begrenzt. Bei Ladeleistungen von 10 A oder 16 A pro Ladepunkt wird diese Grenze schnell überschritten.

Beispiel für unzulässige Schieflast: Drei Fahrzeuge laden mit jeweils 10 Ampere auf Phase L1, ein Fahrzeug auf Phase L2, auf Phase L3 lädt kein Fahrzeug. Daraus ergibt sich eine Schieflast von 30 Ampere zwischen L1 und L3. Das überschreitet die zulässige VDE-Grenze um das bis zu Dreifache.

Dies ist der Grund, warum einphasiges Schwachladen bisher primär auf Einfamilienhäuser mit wenigen Ladepunkten beschränkt war. Bei Ladeleistungen von 10 A sind ab sieben Ladepunkten, bei 16 A bereits ab vier Ladepunkten an einem Hauptanschluss Maßnahmen zur Schieflastbegrenzung zwingend erforderlich.

Die Lösung: Schieflastbegrenzer

Ein neuartiger, zum Patent angemeldeter Schieflastbegrenzer beseitigt diese Einschränkung. Das System überwacht die Phasenbelastung in Echtzeit und stellt sicher, dass die zulässige Schieflast gemäß VDE 0838-560 (max. 10 oder 20 A) zu keinem Zeitpunkt überschritten wird. Funktionsprinzip:

• Der Schieflastbegrenzer wählt automatisch die am besten geeignete Netzphase für jede aktive Wallbox aus.

• Bei Änderung der Belastungssituation im Ladenetz erfolgt ein automatisches Umschalten der Phasenzuordnungen, bevor die Schieflastgrenze erreicht oder überschritten wird.

• Die Schaltung erfolgt über verschleißfreie Hybridrelais mit Halbleiterschaltern, die sich selbst überwachen und sicherstellen, dass zu jedem Zeitpunkt nur eine Phase durchschalten kann.

• Das System kann zentral (in einem separaten Schaltschrank) oder dezentral (integriert in einzelne Wallboxen, mit Buskommunikation) installiert werden.

Integrationsoptionen für Hersteller

Der Schieflastbegrenzer eröffnet Wallbox-Herstellern und Projektplanern zwei Integrationsszenarien:

Variante A – Zentrale Installation: Der Schieflastbegrenzer wird in einem separaten kleinen Schaltschrank installiert, typischerweise neben dem Wohnungszählerschrank. Die fünfadrigen Kabel der Wohnungszähler werden zunächst in den Schaltschrank geführt; von dort geht das Ladekabel zu den einzelnen Ladepunkten. Diese Variante eignet sich besonders für die Nachrüstung bestehender Tiefgaragen.

Variante B – Dezentrale Integration: Der Schieflastbegrenzer wird direkt in eine der Einphasen-Wallboxen integriert und kommuniziert über ein Bussystem mit den übrigen Wallboxen. Die Phasenauswahlschalter werden dabei lokal in jeder Wallbox verbaut. Diese Variante ist besonders für Neuinstallationen und für Hersteller interessant, die eine integrierte Produktlösung anbieten möchten – einschließlich des Anwendungsfalls Straßenlaternen-Laden, bei dem die Ladepunkte phasenrotierend einphasig gespeist und nie alle gleichzeitig belastet werden.

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Praxisbeispiel und Wirtschaftlichkeit

In einer Tiefgarage eines Mehrfamilienhauses in Freiburg wurden neun Stellplätze mit einphasigen Eco-Home-Wallboxen ausgestattet. Jede Wallbox wird über ein separates Kabel hinter dem jeweiligen Wohnungszähler angeschlossen. Dadurch erfolgt die Abrechnung des Ladestroms direkt über den Haushaltsstromzähler – ohne separate Abrechnungsinfrastruktur.

Die Einphasen-Wallbox mit fest angeschlossenem Typ-2-Ladekabel bietet gegenüber einer Schuko-Dose mit losem Schwachladekabel deutliche Vorteile im Handling – insbesondere in den engen Parklücken einer Tiefgarage. Auch solares Laden ist über ein Mieterstrom-Modell realisierbar, sofern eine PV-Anlage vorhanden ist.

Die Einphasen-Wallboxen können unabhängig von der Schieflastbegrenzung später für Solarladen oder bidirektionale Rückspeisung (V2G/V2H) nachgerüstet werden.

Der entscheidende wirtschaftliche Vorteil des Schwachladens zeigt sich im direkten Vergleich der Installationskosten pro Ladeplatz (Tabelle 1). Der Kostenvorteil von rund 65 % pro Ladeplatz macht das Schwachladen zur wirtschaftlich attraktivsten Lösung für die Ladeinfrastruktur im Gebäudebestand.

Marktpotenzial und Zukunftsperspektive

Der Schieflastbegrenzer wird von der FSM.ag in Kirchzarten hergestellt und ist ab Mitte 2027 lieferbar. Die Einsatzmöglichkeiten erstrecken sich über mehrere Marktsegmente:

• Nachrüstung bestehender Tiefgaragen und Parkhäuser: Minimaler Eingriff in die bestehende Elektroinstallation, keine Netzverstärkung erforderlich.

• Neubau von Parkgaragen: Zukunftssicheres Konzept mit Option auf spätere Erweiterung und V2G-Integration.

• Straßenlaternen-Laden: Dezentrale Schieflastbegrenzer für phasenrotierend einphasig gespeiste Laternenlader.

• Mieterstrom-Modelle: Integration von PV-Anlagen für kostenoptimiertes Solarladen.

Für Wallbox-Hersteller bietet die Kooperation mit der FSM.ag die Möglichkeit, ein einphasiges Wallbox-Produkt mit integriertem Schieflastbegrenzer anzubieten – und damit ein Marktsegment zu erschließen, das von den etablierten 11-kW-Lösungen bisher nicht wirtschaftlich bedient werden kann.

Fazit

Die Kombination aus einphasigem Schwachladen und Schieflastbegrenzer schließt eine entscheidende Lücke in der Ladeinfrastruktur für den Gebäudebestand, da sie eine wirtschaftliche und netzverträgliche Elektrifizierung großer Stellplatzanlagen ohne aufwendige Netzverstärkung ermöglicht.

Die Lösung ist wirtschaftlich (65 % geringere Installationskosten), netzschonend (keine Spitzenlast, keine Netzverstärkung) und batterieschonend (geringere Zellbelastung, besonders bei Kälte). Sie macht die Elektromobilität dort zugänglich, wo sie bisher an den Rahmenbedingungen scheiterte: in Mehrfamilienhäusern, Parkhäusern und überall dort, wo Fahrzeuge über längere Zeit stehen. So kann Ladeinfrastruktur auch in Bestandsgebäuden flächendeckend und mit vergleichsweise geringem technischem Aufwand realisiert werden. (mr)

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