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Welche Leistung hat mein Hausanschluss?

Hausanschluss per Freileitung
Quelle: pixabay.com; Autor: ReneKnoll; Lizenz: CC0 1.0 (Kurzfassung)

Schon lange wünsche ich mir, eines Tages mein eigenes Elektroauto mit angemessen großer Reichweite zu fahren. Mittlerweile erfüllen sich immer mehr Menschen diesen Wunsch und wollen zu Hause eine Ladestation für das eigene E-Auto installieren. Damit der Wagen schnell wieder voll aufgeladen ist, sollte die verfügbare Ladeleistung und damit die Leistung des eigenen Hausanschlusses möglichst hoch sein. In diesem Beitrag möchte ich ein Gefühl dafür vermitteln, wodurch diese Leistung limitiert wird und durch welche Maßnahmen sie erhöht werden kann. Bei meinem Versuch, eine eigene kleine Ladestation zu errichten, habe ich dazu ein paar Erfahrungen gesammelt.

Absicherung im Hausanschlusskasten

Hausanschlusskasten mit drei Panzersicherungen.
Autor: Jarlhelm
Lizenz: CC BY-SA 3.0 (Kurzfassung)

Letzten Endes sind es die Hauptsicherungen im Hausanschlusskasten (HAK), welche die verfügbare Leistung am Hausanschluss bestimmen. Meistens handelt es sich dabei um Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen (NH-Sicherungen), die auch gerne Panzersicherungen genannt werden. Sie lösen aus, sobald ihr Nennstrom überschritten wird, und limitieren damit den Stromfluss über die Zuleitung. Der Hausanschlusskasten ist normalerweise verplombt und darf nur von Elektrofachkräften geöffnet werden. Jede der drei spannungsführenden Phasen ist mit einer eigenen NH-Sicherung versehen. Kennt man die Nennströme der Hauptsicherungen im eigenen Haus, so kann man leicht die maximale Leistung des eigenen Hausanschlusses ausrechnen. Bei manchen Hausanschlusskästen sind die Hauptsicherungen sogar von außen einsehbar. Sind die Sicherungen nicht einsehbar, sollte man beim örtlichen Verteilnetzbetreiber (VNB) nachfragen (Details).

Von der Stromstärke zur Leistung

Die Netzspannung an Hausanschlüssen ist in Deutschland nach der Norm DIN EN 60038 geregelt. Die Nennspannung beträgt 230V ± 23V. Das heißt, die reale Spannung darf irgendwo zwischen 207V und 253V liegen. Zur Berechnung der maximal aus dem Hausanschluss entnehmbaren Leistung müssen wir 230V mit dessen maximaler Stromstärke multiplizieren.

Drei 36A NH-Sicherungen im Hausanschlusskasten
Autor: Jarlhelm
Lizenz: CC BY-SA 3.0 (Kurzfassung)

Beispiel: Im Hausanschlusskasten ist jede der drei Phasen mit jeweils 36A abgesichert. Dann beträgt die maximal entnehmbare Leistung 3 ⋅ 36A ⋅ 230V = 24,8kW. Man könnte daran „gerade so“ eine 22kW Ladestation für Elektroautos betreiben. Allerdings würde man an einem mit 36A abgesicherten Hausanschluss keine solche Ladestation installieren, da bei gleichzeitigem Betrieb von Ladestation und Backofen sofort die Panzersicherungen auslösen würden. Und das führt zu geringfügigen Unannehmlichkeiten in Form eines Elektrikerbesuchs und eines Stromausfalls …

Begrenzung durch den Stromzähler

Bevor wir den Strom zum Laden eines E-Autos nutzen dürfen, muss er zunächst durch unseren Stromzähler, der meistens in einem Zählerkasten untergebracht ist. Dieser kann ebenfalls die nutzbare Leistung limitieren. Prinzipiell würde man dieses Problem mit einem zweiten Zähler für die Ladestation aus dem Weg räumen, was allerdings deutliche Mehrkosten verursachen würde. Oft ist dies aber nicht notwendig.

Drehstromzähler mit Begrenzung 10(60) A
Autor: Harry20
Lizenz: CC-BY-SA-3.0 (Kurzfassung)

Im Zählerkasten kann der maximale Strom an zwei Stellen begrenzt sein: Es können erstens Vorsicherungen für den Zähler existieren und zweitens verkraftet der Zähler selbst nur einen begrenzten Stromfluss. Viele Zähler tragen beispielsweise die Aufschriften 3×230/400 V und 10(60) A. Sie sind also für jede der drei Strom führenden Phasen auf einen Nennstrom von 10A und einen Maximalstrom von 60A ausgelegt. Über einen solchen Zähler könnte ich also insgesamt eine Leistung von 3 ⋅ 60A ⋅ 230V = 41,4kW beziehen, was für eine 22kW Ladestation und den Betrieb meiner Wohnung ausreicht.

Anruf beim Verteilnetzbetreiber (VNB)

Möchte man es genau wissen und beim Bau der Ladestation alle geltenden Regelungen beachten, lohnt sich in jedem Fall ein Anruf beim örtlichen Verteilnetzbetreiber. Für meine Wohnung in Dortmund ist das zum Beispiel die Dortmunder Netz GmbH. Bei meinem ersten Telefonat nannte ich meine Zählernummer und hatte sofort einen kompetenten Mitarbeiter am Apparat, mit dem ich meine weitere Vorgehensweise abstimmen konnte. Da ich in einem relativ alten Haus mit 5 Wohnungen lebe, konnte er aus der Ferne zwar keine eindeutige Aussage treffen, mir aber trotzdem weiterhelfen.

Denn es gibt bei diesem Versorgungsunternehmen die Möglichkeit der kostenfreien Versorgungsanfrage. Dabei sende ich dem Unternehmen ein unterschriebenes Anfrageformular zu, auf dem ich bereits meinen Leistungsbedarf (z. B. 22kW Ladestation + Wohnung) und Details zum Gebäude eingetragen habe. Anschließend wird ein Ortstermin vereinbart. Sollte die vorhandene Anschlussleistung für meine Pläne nicht ausreichen, erstellt mir der Versorger ein Angebot zur Anschlussverstärkung, um den Leistungsbedarf zu decken. Natürlich kann man dabei auch die Kosten für verschiedene Ladeleistungen diskutieren.

Im schlimmsten Fall, wenn man z. B. eine 44kW Ladestation haben möchte (>64A Panzersicherungen), muss die Stromleitung zum Haus erneuert werden, was relativ teuer werden kann. Im besten Fall muss nichts geändert werden oder es müssen nur die Hauptsicherungen im Hausanschlusskasten getauscht werden.

Meldepflichtige Verbraucher

Die Versorgungsanfrage ist auch dann notwendig, wenn die Ladestation nach den technischen Anschlussbedingungen (TAB) des Versorgungsunternehmens meldepflichtig ist. Im Fall der Dortmunder Netz GmbH galten die TAB 2007 (Ausgabe 2011) des BDEW (Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft). Dort steht in § 2 Absatz 3:

Aus den im Absatz 2 genannten Gründen bedarf der Anschluss folgender Anlagen und Verbrauchsgeräte der vorherigen Beurteilung und Zustimmung des Netzbetreibers:

…

– Einzelgeräte mit einer Nennleistung von mehr als 12kW

Nach meinem Verständnis dieses Absatzes darf man eine Ladestation mit 11kW Nennleistung noch ohne Meldung an den Netzbetreiber aufbauen, muss sie aber bei höheren Ladeleistungen melden. Im Zweifel muss jeder selbst die TAB seines eigenen Verteilnetzbetreibers nach der Meldepflicht durchsuchen, oder diesen einfach kontaktieren.

Wie immer freue ich mich über Feedback und Anregungen in den Kommentaren!

Mit welcher Fläche könnte der deutsche Stromverbrauch aus Solarstrom gedeckt werden?

Ein Arbeitskollege äußerte neulich den Verdacht, dass womöglich die Fläche Deutschlands zur Deckung des deutschen Stromverbrauchs aus Solarstrom überhaupt nicht ausreicht. Das konnte ich zwar nicht glauben, aber durch Fakten widerlegen konnte ich seine These ad hoc auch nicht. Dadurch wurde mein Ehrgeiz geweckt, was zu einer kurzen abendlichen Überschlagsrechnung führte.

Schließlich konnte ich zeigen, dass bereits 2,6% der deutschen Landfläche ausreichen, um den deutschen Stromverbrauch aus Solarstrom zu decken. Die schwierigste Aufgabe besteht bei solchen Fragen meistens in der Suche nach vertrauenswürdigen Zahlen.

Deutscher Stromverbrauch

Solche volkswirtschaftlichen Daten findet man häufig beim Statistischen Bundesamt. Dort wird für 2016 vorläufig ein Verbrauch von etwa 592,7 TWh, also 592 700 000 000 kWh angegeben. Zum Vergleich: Mein eigener Stromverbrauch betrug im Jahr 2015 ca. 1200 kWh.

Flächennutzungsgrad

Bei dieser Freiflächenanlage mit aufgeständerten Photovoltaik-Modulen kann sehr schön der Schattenwurf und Abstand zur nächsten Modulreihe beobachtet werden. Solarmodule werden sehr gerne unter einem gewissen Winkel zur Erdoberfläche aufgestellt, um den Energieertrag pro Modul zu maximieren. Dadurch kommt es allerdings bei einer tiefer stehenden Sonne, was ziemlich oft der Fall ist, zur Verschattung der nächsten Modulreihe. Deshalb wird beispielsweise bei Flachdach- oder Freiflächenanlagen ein Abstand zwischen den Modulreihen gelassen. Dieser Abstand führt dazu, dass die gesamte Modulfläche meistens weniger als 50% der benutzten Landfläche ausmacht. Für meine Überschlagsrechnung werde ich einen Flächennutzungsgrad von 45% ansetzen, den auch Konrad Mertens in seinem Buch „Photovoltaik“ bei der Abschätzung des Potenzials von Freiflächenanlagen nutzt.

Stromertrag pro m² Modulfläche

Für diese Kennzahl musste das „Sunmodule Plus SW 300 mono“ des relativ bekannten deutschen Produzenten SolarWorld herhalten (ich hätte an dieser Stelle auch einen beliebigen anderen Hersteller wählen können). Das Modul mit den Abmessungen 1657×1001×33 mm³ liefert eine Maximalleistung von 300 Wp. Umgerechnet sind das 0,18 kWp pro m².

Und wie viele kWh erntet man jetzt mit einem kWp installierter Leistung? Freundlicherweise hostet der SFV eine Webseite mit Ertragsdaten von deutschen PV-Anlagen. In den Jahren 2001 bis 2016 wurden im Bundesdurchschnitt zwischen 800 und 1000 kWh pro installiertem kWp geerntet. Dass in den Jahren davor die 800 kWh/kWp Marke auch manchmal unterschritten wurde, zeigt sehr schön die Verbesserung des Wirkungsgrades von PV-Anlagen seit damals. Für die Überschlagsrechnung verwende ich einen konservativen Stromertrag von 800 kWh/kWp. Nutzt man das „SW 300“-Modul, erhält man pro Jahr somit einen Stromertrag von 144 kWh pro m² Modulfläche.

Überschlagsrechnung

Werfen wir die Zahlen nun zusammen. Pro m² Modulfläche erhalten wir im Jahr 144 kWh an elektrischer Energie. Bei einem Flächennutzungsgrad von 45% ergibt das aber nur 0,45⋅144=64,8 kWh elektrischer Energie pro m² Freilandfläche. Um den deutschen Stromverbrauch von 592,7 TWh im Jahr zu decken, braucht man also 592 700 000 000/64,8=9 150 000 000 m². Das sind umgerechnet 9150 km², ganz schön viel.

Aber es sind auch „nur“ 2,56% der deutschen Landfläche von rund 357 375 km². Zum Vergleich: In Deutschland haben wir Menschen bereits 5,5% der Landfläche versiegelt. Trotzdem würde die Fläche des Saarlandes von rund 2570 km² nicht zur Stromversorgung der Bundesrepublik ausreichen. Würden die Module in einem Quadrat gebaut werden, wäre dessen Kantenlänge immerhin 100 km. Also könnte ich dann 100 km weit fahren und um mich herum ausschließlich Solarmodule sehen. Das Quadrat sähe dann in etwa so aus:

In dieser politischen Karte Deutschlands markiert das blaue Quadrat mit einer Kantenlänge von 100km die Fläche von Solarmodulen, mit denen die Bundesrepublik ihren Strombedarf komplett selbst decken könnte. — In dieser politischen Karte Deutschlands markiert das blaue Quadrat die Fläche von Solarmodulen, mit denen die Bundesrepublik ihren Strombedarf komplett selbst decken könnte.
Autor: C. Busch, Hamburg (modifiziert durch J. Thewes)
Lizenz: CC BY-SA 3.0 (Kurzfassung)

Fazit

Also können wir festhalten, dass es theoretisch möglich wäre, den Stromverbrauch der Bundesrepublik ausschließlich mit Solarstrom aus dem eigenen Land zu decken. In der Praxis würde man aber keine einzelne zusammenhängende Fläche dafür verwenden, sondern viele verteilte Anlagen. Genau so, wie es im Rahmen der Energiewende bereits geschieht. Trotzdem hat unsere kleine Rechnung noch ein paar Lücken.

Um eine vollständige Energiewende zu vollziehen und keine fossilen oder nuklearen Energieträger mehr zu nutzen, müssen wir in Deutschland auch den Verkehr und die Wärmeversorgung umstellen. Dieser signifikante Energiebedarf ist noch nicht in unserer Rechnung enthalten. Auf der anderen Seite wäre es auch etwas kurzsichtig, ausschließlich Solarenergie zu verwenden. Schließlich haben wir besonders in Deutschland auch Zugang zu anderen erneuerbaren Energien wie zum Beispiel Wind- oder Wasserkraft.

In jedem Fall ist die Energiewende eine gewaltige Herausforderung und Solarstrom ist definitiv in der Lage, einen deutlichen Beitrag zur Erhaltung unserer Energieversorgung zu leisten.

Wieviel kostet eigentlich mein Strom?

Zurzeit beschäftigt mich die Frage, wie ich denn die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage möglichst einfach abschätzen kann. Es ist überraschend, wie viele Faktoren einen Einfluss darauf haben.

Ein ganz entscheidender Punkt ist mittlerweile die Kostenersparnis durch den Eigenverbrauch des Solarstroms. Denn das EEG (Erneuerbares Energien Gesetz) schreibt eine stetige Abnahme der Einspeisevergütung fest, wodurch Solaranlagen mit 100%iger Einspeisung noch unwirtschaftlicher werden, als sie es bisher schon sind.

Aber wieviel zahle ich eigentlich pro kWh? Ein Blick auf meine letzte Stromrechnung schafft Klarheit (nachdem ich die Zahlen durchschaut hatte):

stromrechnung

Mein Verbrauch innerhalb der vergangenen 363 Kalendertage betrug 1188 kWh. Die Stromkosten setzen sich dann aus zwei Anteilen zusammen:

Der erste Anteil, der Grundpreis, ist ein fester Betrag, den ich unabhängig von meinem Verbrauch jährlich bezahlen muss (hier: 57,98€/Jahr netto). Der zweite Anteil, der Arbeitspreis, gibt die Kosten an, die mir pro verbrauchter Kilowattstunde (kWh) entstehen (hier: 0,1865 ct/kWh + 0,0205 ct/kWh netto). Ganz wichtig: Bei der Kalkulation einer Photovoltaikanlage muss ich immer mit dem Arbeitspreis (plus Stromsteuer) rechnen, da ich am Grundpreis nichts einsparen kann.

Die Stromsteuer ist hier zwar separat aufgeführt, als Verbraucher muss ich sie aber immer zum Arbeitspreis dazurechnen. Mein Effektivpreis (netto) für jede verbrauchte Kilowattstunde ist dann insgesamt

$\begin{align*}\text{Effektivpreis} &= \frac{\text{Grundpreis}}{\text{Verbrauch}}+\text{Arbeitspreis} \\ &= 25,58 \, \text{ct/kWh}\end{align*}$

Wenn wir jetzt noch die Mehrwertsteuer berücksichtigen (einfach den Nettopreis mit 1,19 multiplizieren), dann zahle ich 30,4 ct pro verbrauchter Kilowattstunde.

An obiger Formel kann man noch einen interessanten Effekt ablesen: Je höher der Verbrauch ist, desto geringer ist der Anteil des Grundpreises am Effektivpreis. Das heißt, je mehr ich verbrauche, desto günstiger wird mein Strom pro Kilowattstunde!

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass man bei der Kalkulation der eigenen Stromkosten darauf achten sollte, den Anteil des Grundpreises an der jährlichen Stromrechnung nicht zu vergessen. Ich persönlich komme dann auf einen Bruttopreis von über 30 ct/kWh. Würde ich allerdings die Kostenersparnis durch selbst verbrauchten Solarstrom berechnen wollen, dann dürfte ich nur mit dem Arbeitspreis (plus Stromsteuer) rechnen, da ich am Grundpreis nichts einsparen kann.