Planung E-Ladestationen: Von der Anzahl der Ladepunkte bis zum Kabelquerschnitt

Wie viele Ladepunkte werden benötigt? Welche Anforderungen stellt das GEIG? Welche Schutzmaßnahmen sind erforderlich? Welcher Kabelquerschnitt ist notwendig? Und wie werden die Leitungen sinnvoll vom Zähler oder von der Unterverteilung bis zum Stellplatz geführt?

1. Wie viele Ladepunkte werden benötigt?

Der erste Schritt besteht darin, den tatsächlichen Bedarf zu ermitteln.

Das Gebäude Elektromobilitätsinfrastruktur Gesetz, kurz GEIG, legt für bestimmte Neubauten und größere Renovierungen Mindestanforderungen an Ladepunkte und Leitungsinfrastruktur fest. Diese Anforderungen stellen jedoch lediglich die gesetzliche Mindestvorgabe dar.

Der Bauherr kann selbstverständlich mehr Ladepunkte vorsehen, wenn dies aufgrund der Nutzung des Gebäudes oder des zukünftigen Bedarfs sinnvoll ist.

Beispiel: Nichtwohngebäude mit 9 Stellplätzen Bei einem neu zu errichtenden Nichtwohngebäude mit neun Stellplätzen sind nach den entsprechenden GEIG Anforderungen mindestens ein Ladepunkt und Leitungsinfrastruktur für mindestens ein Drittel der Stellplätze vorzusehen.

Bei neun Stellplätzen bedeutet das: 1 Ladepunkt + 3 Stellplätze mit Leitungsinfrastruktur

Das ist jedoch nur die Mindestanforderung. Wenn der Bauherr beispielsweise eine umfangreichere Ladeinfrastruktur wünscht, kann die Ausstattung entsprechend erweitert werden.

Möglich wäre beispielsweise: 9 Ladepunkte für 9 Stellplätze oder 6 Ladepunkte + 3 weitere Stellplätze mit vorbereiteter Leitungsinfrastruktur

Welche Lösung sinnvoll ist, hängt vom tatsächlichen Bedarf, dem Nutzungskonzept und natürlich vom verfügbaren Budget ab.

Was bedeutet „Ladepunkt“?

Das GEIG definiert einen Ladepunkt als eine Einrichtung, die zum Aufladen von Elektromobilen geeignet und bestimmt ist und an der gleichzeitig nur ein Elektromobil aufgeladen werden kann.

Eine Ladestation kann dabei je nach Ausführung einen oder mehrere Ladepunkte enthalten.

Was bedeutet „Leitungsinfrastruktur“?

Die Leitungsinfrastruktur bildet die technische Vorbereitung für zukünftige Ladepunkte. Sie umfasst die erforderlichen Leitungsführungen und technischen Voraussetzungen, damit Ladeeinrichtungen später ohne umfangreiche bauliche Maßnahmen installiert werden können.

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2. Schutzmaßnahmen für die Ladestation

Nachdem die Anzahl der Ladepunkte festgelegt wurde, stellt sich die nächste Frage:

Wie wird die Ladeinfrastruktur elektrisch geschützt?

Eine Ladestation stellt einen relativ hohen und häufig über längere Zeit fließenden Strom dar. Deshalb muss der Stromkreis entsprechend geplant und abgesichert werden.

Eigener Stromkreis für jeden Ladepunkt

Grundsätzlich sollte jeder Ladepunkt über einen eigenen Stromkreis versorgt werden. Die erforderliche Absicherung ist entsprechend den Angaben des Herstellers und der technischen Auslegung der Anlage festzulegen. Bei einer dreiphasigen Ladestation mit beispielsweise 11 kW beträgt der Betriebsstrom typischerweise etwa 16 A je Außenleiter.

Bei 22 kW liegt der Betriebsstrom typischerweise bei etwa 32 A je Außenleiter.

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3. Welche Auslösecharakteristik benötigt der Leitungsschutzschalter?

Bei der Auswahl des Leitungsschutzschalters ist neben dem Bemessungsstrom auch die Auslösecharakteristik zu berücksichtigen. Bei Leitungsschutzschaltern sind unter anderem die Charakteristiken B, C und D gebräuchlich. Dabei unterscheiden sie sich insbesondere hinsichtlich der magnetischen Schnellauslösung.

Bei der Charakteristik B liegt diese typischerweise beim 3 bis 5 fachen Bemessungsstrom. Bei C liegt sie typischerweise beim 5 bis 10 fachen Bemessungsstrom. Bei D liegt sie typischerweise beim 10 bis 20 fachen Bemessungsstrom.

Die Auslösecharakteristik muss so gewählt werden, dass der Schutz der Leitung gewährleistet ist und gleichzeitig ein unerwünschtes Auslösen vermieden wird.

Für die E-ladestation ist jedoch empfohlen die Charakteristik C vorzusehen.

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4. FI-Schutzschalter

Für jeden Ladepunkt ist die erforderliche Fehlerstrom-Schutzeinrichtung entsprechend der verwendeten Ladestation und den geltenden elektrotechnischen Anforderungen vorzusehen.

Viele moderne Wallboxen verfügen bereits über eine integrierte Gleichstromfehlererkennung. Je nach Ausführung kann dadurch eine bestimmte Kombination mit einem Fehlerstromschutzschalter erforderlich sein.

Deshalb sollte vor der Planung immer das Datenblatt der vorgesehenen Ladestation geprüft werden.

Ein einfaches Prinzip ist dabei besonders hilfreich: Nicht nur die Ladeleistung der Wallbox prüfen, sondern immer auch die Anforderungen des Herstellers an Leitungsschutz und Fehlerstromschutz.

Je nach Anlage können außerdem weitere Schutzmaßnahmen wie ein Überspannungsschutz erforderlich oder sinnvoll sein.

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5. Welcher Kabelquerschnitt wird benötigt?

Eine der häufigsten Fragen bei der Planung lautet: Welchen Kabelquerschnitt benötigt eine 11 kW oder 22 kW Ladestation?

Eine pauschale Antwort wie „11 kW = 5 × 2,5 mm²“ ist nicht ausreichend. Der erforderliche Querschnitt muss berechnet werden.

Dabei spielen unter anderem folgende Faktoren eine Rolle: Ladeleistung

Betriebsstrom

Leitungslänge

Verlegeart

Umgebungstemperatur

Häufung mehrerer Leitungen

Absicherung

zulässiger Spannungsfall

Material des Leiters

Auch die Anschlussmöglichkeiten der Ladestation müssen berücksichtigt werden.

Ein besonders wichtiger Punkt wird in der Praxis manchmal übersehen: Die Anschlussklemmen der Ladestation haben eine begrenzte zulässige Leitergröße.

Wenn beispielsweise aufgrund der Berechnung ein größerer Querschnitt erforderlich wird, muss geprüft werden, ob dieser direkt an der Ladestation angeschlossen werden kann oder ob eine geeignete technische Lösung erforderlich ist.

Für eine überschlägige Berechnung des Spannungsfalls oder Kabelquerschnitts kann bei einer Gleichstrom- beziehungsweise einphasigen Betrachtung folgende Beziehung verwendet werden:

A = (2 × L × I × ρ) / ΔU

Für einen Drehstromkreis gilt:

A = (√3 × L × I × ρ) / ΔU

Dabei bedeutet:

A = erforderlicher Leiterquerschnitt in mm²

L = Leitungslänge in m

I = Betriebsstrom in A

ρ = spezifischer elektrischer Widerstand des Leitermaterials

ΔU = zulässiger Spannungsfall in V

Für Kupfer kann bei 20 °C überschlägig mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,0178 Ω · mm²/m gerechnet werden.

Bei größeren Projekten kann die manuelle Berechnung schnell aufwendig werden. Deshalb werden in der Elektroplanung häufig Berechnungsprogramme eingesetzt. Mit entsprechenden Programmen lässt sich der erforderliche Kabelquerschnitt unter Berücksichtigung verschiedener Parameter ermitteln.

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6. Wie werden die Leitungen zum Stellplatz geführt?

Die Leitungen müssen von der Unterverteilung oder Zähleranlage bis zum jeweiligen Stellplatz geführt werden. Dabei hängt die geeignete Lösung insbesondere von der Anzahl der Ladepunkte und den örtlichen Gegebenheiten ab.

Bei wenigen Ladepunkten können beispielsweise Leerrohre oder geeignete Sammelhalter eine praktikable Lösung darstellen.

Bei einer größeren Anzahl von Ladepunkten kann dagegen eine Kabeltrasse oder Weitspannkabelrinnen sinnvoller sein. Besonders bei Tiefgaragen und größeren Stellplatzanlagen sollte die Leitungsführung bereits frühzeitig mit der Architektur und der übrigen technischen Gebäudeausrüstung abgestimmt werden.

Ein häufiger Fehler besteht darin, die Leitungswege erst dann festzulegen, wenn die elektrische Planung bereits weit fortgeschritten ist. Bei mehreren Ladepunkten kann dadurch schnell ein Platzproblem entstehen. Deshalb sollte bereits bei der Planung geklärt werden: Wo befindet sich die Unterverteilung? Wo befinden sich die Stellplätze? Wie viele Leitungen müssen geführt werden? Welche Trassenbreite wird benötigt? Sind Durchbrüche erforderlich? Sind Brandschutzanforderungen zu berücksichtigen? Gibt es ausreichend Platz für zukünftige Erweiterungen?

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7. Was passiert, wenn später weitere Ladepunkte benötigt werden?

Die Elektromobilität entwickelt sich weiter. Ein Gebäude, das heute nur zwei Ladepunkte benötigt, kann in einigen Jahren vielleicht zehn oder mehr benötigen. Deshalb sollte die Planung nicht ausschließlich den heutigen Bedarf betrachten.

Eine sinnvolle Lösung kann darin bestehen, bereits heute die notwendige Infrastruktur für spätere Erweiterungen vorzubereiten. Dazu gehören beispielsweise ausreichend dimensionierte Leitungswege, Platzreserven in Verteilungen und ein durchdachtes Konzept für die spätere Erweiterung. Dabei muss nicht zwangsläufig die gesamte zukünftige Ladeleistung bereits heute installiert werden.

Ein intelligentes Lastmanagement kann dabei helfen, die vorhandene Anschlussleistung effizient zu nutzen und mehrere Ladepunkte zu betreiben, ohne für jeden Ladepunkt die maximale Leistung gleichzeitig bereitstellen zu müssen.

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Fazit

Die Planung einer E-Ladestation beginnt nicht mit der Auswahl einer Wallbox.

Sie beginnt mit der Frage, wie viele Ladepunkte tatsächlich benötigt werden und wie die elektrische Infrastruktur dafür aufgebaut werden soll.

Danach müssen Schutzmaßnahmen, Leitungsquerschnitt, Spannungsfall, Verlegeart, Leitungsführung und gegebenenfalls das Lastmanagement gemeinsam betrachtet werden.

Besonders bei größeren Projekten ist es wichtig, die Ladeinfrastruktur nicht isoliert zu betrachten.

Sie ist ein Teil des gesamten elektrischen Systems eines Gebäudes.

Eine gute Planung berücksichtigt deshalb nicht nur die heutige Situation, sondern schafft auch die Voraussetzungen für zukünftige Erweiterungen.

Wer die Ladeinfrastruktur heute richtig plant, vermeidet unnötige Kosten und aufwendige Nachrüstungen in der Zukunft.