Elektromobilität: Sonne tanken und Strom laden
Deutschland will bis 2045 treibhausgasneutral werden. Damit das Vorhaben gelingt, führt an der Elektromobilität kaum ein Weg vorbei. Während Autohersteller eine Vielzahl an elektrifizierten Fahrzeugen anbieten, hapert es an einer flächendeckenden Ladeinfrastruktur. Neben den Eigenheimbesitzern können auch Bewohner von Mehrparteienhäusern Zugang zu eigenen Lademöglichkeiten beanspruchen. Wir stellen die Voraussetzungen dafür vor.
Im Zuge des letztjährigen Weltklimagipfels in Glasgow hat der Forschungsverbund Global Carbon Project beunruhigende Zahlen veröffentlicht. Nachdem der globale CO2-Ausstoß im ersten Corona-Jahr 2020 abgenommen hat, erwarten die Forscher nach dem Erstarken der Wirtschaft für 2021 wieder einen Anstieg um 4,9 Prozent. Das entspricht fast dem Niveau von 2019. Um den Anstieg der Erderwärmung durch Treibhausgasemissionen in den kommenden Jahren auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, wollen die größten CO2-Emittenten China und USA bis 2060 beziehungsweise 2050 klimaneutral sein. Europa folgt ebenfalls 2050, Deutschland sogar 2045. Laut der deutschen Energieagentur (Dena) seien dafür aber äußerste Anstrengungen notwendig. Selbst die deutschen Emissionen bis 2030 um 65 Prozent zu senken, sei sehr ambitioniert. 2020 waren laut Daten des Umweltbundesamtes 82 Prozent der Treibhausgas-Emissionen in Deutschland auf die Verbrennung fossiler Stoffe zurückführen, weswegen die Dena in den Segmenten Energie, Gebäude, Industrie und Verkehr eine deutlich beschleunigte Elektrifizierung fordert.
In Sachen Verkehr soll es an den Autoherstellern nicht scheitern. Ab 2028 wollen Citroën und Opel auf dem europäischen Markt nur noch reine E-Autos anbieten. Fiat, Ford, Mini und Volvo ziehen 2030 nach. Dem Angebot folgt die Nachfrage: Nach schleppendem Start kommen die jährlichen Neuzulassungszahlen elektrifizierter Fahrzeuge in Deutschland in Gang. Im Zeitraum Januar bis November 2021 wurden 307.525 E-Autos und 292.697 Plug-in-Hybride neu zugelassen. Dagegen stehen 899.974 Benziner und 488.800 Diesel. Tendenz weiter steigend: In einer Umfrage der Unternehmensberatung Ernst & Young zeigten sich 38 Prozent der deutschen Verbraucher interessiert, sich innerhalb eines Jahres für ein elektrisches beziehungsweise ein hybrides Fahrzeug zu entscheiden.
Gesetz geändert
Soll der Hochlauf der Elektromobilität gelingen (siehe Interview am Artikelende), muss die Ladeinfrastruktur mitwachsen. Helfen soll die im Dezember 2020 in Kraft getretene Novelle des Wohnungseigentumsmodernisierungs-Gesetzes, kurz WEMoG. Damit haben Mieter und Miteigentümer von Mehrparteienhäusern gesetzlichen Anspruch, in der Tiefgarage oder auf dem Grundstück des Hauses private Wallboxen und Ladesäulen für E-Autos zu installieren. Wichtig: Für diese Bereiche muss allerdings auch ein vertraglich fixiertes Gebrauchsrecht vorhanden sein.
Auftraggeber zahlt
In der Regel hat der Auftraggeber die Kosten für Ladestation, Installation und Wartung zu tragen. Die Kosten betragen pro Einzelmaßnahme nach Aufwand und Leistung meist zwischen 1000 und 2500 Euro. Handwerkerkosten lassen sich steuerlich absetzen.
Nach dem WEMoG können Ladestationen in Mehrparteienhäusern im Rahmen der Eigentümerversammlung mit einfacher Mehrheit beschlossen werden. Klärungsbedarf sieht Julia Wagner, Rechtsreferentin vom Eigentümerverband Haus & Grund, aber bei den Kosten: „Problematisch wird es, wenn für die Ladestationen nachträglich die Elektroinfrastruktur erneuert werden muss, weitere Wallboxen angeschlossen oder auch die bestehenden nachträglich durch weitere Eigentümer mitgenutzt werden sollen. Zwar sieht das Gesetz eine Regelung für Nachzügler vor: Gegen Kostenausgleich dürfen sie partizipieren. Wie und in welchem Umfang das jedoch zu geschehen hat, ist nicht geklärt und wird zukünftig sicherlich noch zu Problemen führen.“
Unproblematisch kann dagegen der Ladevorgang verlaufen, selbst wenn mehrere E-Autos am Strom hängen. Zu diesem Schluss kommt der Verteilnetzbetreiber Netze BW, der in Tamm (Baden-Württemberg) die Eigentümergemeinschaft einer Wohnanlage über 16 Monate mit 45 E-Autos, 58 Ladepunkten, Lademanagement, zwei 18-kW-Batteriespeichern und kostenlosem Öko-Strom ausgestattet hatte. Als Schwerpunkt des Projekts galt es herauszufinden, wie sich der Hausanschluss für den zusätzlichen Verbrauch durch Ladestationen optimieren ließe. Die Befürchtung, dass es zu einer Überlastung des Netzes kommen könnte, wenn alle E-Fahrzeuge gleichzeitig laden, trat nicht ein. Im Testzeitraum liefen maximal 13 Ladevorgänge parallel ab. Fast die Hälfte der Zeit wurde gar nicht geladen. Die meisten Ladevorgänge fanden vorwiegend in den Abendstunden zwischen 18 und 22 Uhr statt. Zu Beginn des Corona-Lockdowns ab März 2020 fielen die Leistungsspitzen von 98 kW zwar auf 68 kW ab, normalisierten sich aber im Laufe des Projekts wieder auf 90 kW. Die Gesamtfahrstrecke der Projektteilnehmer betrug im Jahr 2020 durchschnittlich 13200 Kilometer und setzte sich aus Fahrten im Alltag, zur Arbeit oder in den Urlaub zusammen.
Überlastung beachten
Ist die Hausanschlussleistung knapp bemessen, hilft ein intelligentes Lademanagement, die Verteilung der zur Verfügung stehenden Leistung im Hausnetz zu steuern und eine Überlastung des Stromnetzes zu verhindern. Dafür müssen Nutzer aber mit höherem Aufwand und Kosten rechnen. Parteien, die stattdessen lieber eine kostengünstige Einzellösung präferieren, könnten allerdings abgewiesen werden, wenn technische Gründe dagegen sprechen. So hat ein Vermieter etwa das Recht, komplexere Ladesysteme für alle oder mehrere Mietparteien zu installieren, um eine Überlastung des Hausnetzes durch Einzelanlagen zu verhindern – selbst wenn das Ladesystem für die Mieter teurer käme. Interessenten der E-Mobilität sollten also unbedingt die Zusatzkosten der Infrastruktur im Blick behalten.
Wer sich vom externen Bezug von Grau- oder Ökostrom von Energieanbietern unabhängiger machen will, könnte über die Anschaffung einer Fotovoltaikanlage (PV) nachdenken. Diese ist nicht zu verwechseln mit der Solarthermie, bei der etwa Strahlungsenergie der Sonne dank röhrenförmiger Elemente auf dem Dach für Heizung und Warmwasser verwendet wird. Bei der Fotovoltaik wandeln Solarzellen auf dem Dach oder an der Fassade Sonnenlicht in Strom um, der direkt in Haus und Wohnung verbraucht, in Batterien gespeichert oder in das öffentliche Netz eingespeist werden kann.
Der Solarstrom kann durchaus reichen, um eine Familie weitestgehend von konventionellen Energien unabhängig zu machen, wie Carsten Körnig, Hauptgeschäftsführer des Bundesverbandes Solarwirtschaft, erklärt: „Eine 40 Quadratmeter große Fotovoltaikanlage mit einer Nennleistung von sieben Kilowatt beispielsweise produziert im Jahr rund 6650 Kilowattstunden günstigen und klimafreundlichen Solarstrom. Damit sichert sie rechnerisch den durchschnittlichen Strombedarf einer vierköpfigen Familie und liefert zudem genug Strom für rund 15.000 Kilometer Reichweite im Elektroauto.“
Die Frage nach den Kosten einer Anlage lässt sich dagegen nicht so einfach beantworten. Relevante Faktoren sind Ausrichtung, Verschattung durch Bäume, Größe der Anlage und Komponentenwahl. Entscheidend sei laut Körnig auch, ob der Solarstrom ins öffentliche Netz eingespeist und nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet würde oder anteilig selbst genutzt werden könne. In den vergangenen Jahren schrumpfte die Einspeisevergütung kontinuierlich. Im November 2021 lag sie für neu errichtete PV-Anlagen bis 10 Kilowattpeak (kWp) bei 7,03 Cent pro Kilowattstunde (kWh). Kilowattpeak beziffert die Höchstleistung der Fotovoltaik-Anlage. Bei 10 bis 40 kWp zahlten Energieabnehmer 6,83 Cent/kWh. In den kommenden Monaten soll die Einspeisevergütung weiter sinken. Eigentümer älterer Anlagen profitieren von höheren Preisen, die häufig über einen Vertragszeitraum von 20 Jahren ausbezahlt werden. Die Erzeugungskosten für Solarstrom liegen laut Körnig bei nur noch rund 10 Cent pro kWh, größere Anlagen sind günstiger. Für sogenannten Graustrom vom Energieversorger zahlen Verbraucher bereits rund 30 Cent je kWh. Mit Solarstrom fahren Autofahrer je nach Einstrahlung also ökologischer und günstiger.
Strom speichern
Durch die Installation eines Batteriespeichers lässt sich der Eigenverbrauch steigern, indem Haushalte insbesondere morgens und abends auf den gespeicherten Solarstrom zurückgreifen können. Um die Speicherkapazität festzulegen, empfiehlt die Energieagentur NRW, diese am Kilowattpeak der Anlage auszurichten. So erreicht ein Durchschnittshaushalt mit einer fünf kWp großen PV-Anlage mithilfe eines fünf Kilowattstunden-Batteriespeichers einen Eigenverbrauchsanteil zwischen 55 und 60 Prozent. Ein höherer Anteil lohne sich dagegen oft wirtschaftlich nicht, da dazu ein zu großer Speicher notwendig wäre. Die Nettopreise für Speichersysteme liegen je kWh zwischen 600 und 1500 Euro.
Da Stromerzeuger und Verbraucher identisch sind, müssen Eigentümer von PV-Anlagen ab 30 kWp auf Solarstrom einen 40-prozentigen Anteil der EEG-Umlage zahlen. PV-Anlagenbetreiber mit einer Leistung von bis zu 30 kWp sind davon befreit. Technisch unterscheiden sich PV-Anlagen für Ein- und Mehrfamilienhäuser kaum, sie sind für Letztere meist großzügiger dimensioniert. Der Solarstrom steht je nach Betreiberkonzept im gesamten Haus- und Wohnungsnetz zur Verfügung, wozu auch die Wallbox auf dem eigenen Stellplatz gehört.
Konzepte vergleichen
Zu unterscheiden sind verschiedene Betriebskonzepte für Eigentümer, Mieter und Vermieter. Als Mieterstrom bezeichnet man Strom für Mieter und Eigentümer, der von Solaranlagen eines Wohngebäudes erzeugt und zu festen Konditionen direkt an die Bewohner geliefert wird. Der Betreiber muss ein Gewerbe anmelden, sich als Energieversorgungsunternehmen bei der Bundesnetzagentur melden und sich im Marktstammdatenregister vermerken lassen. Mit den Bewohnern werden Stromlieferverträge vereinbart, die jährlich kündbar sind.
Alternativ bietet sich der Eigenstromverbrauch mit Einzelanlagen an. Hierbei nutzen einzelne Eigentümer eigene PV-Anlagen, was sich vorwiegend bei Mehrfamilienhäusern mit wenigen Parteien anbietet. Ist die PV-Anlage zu klein oder der Allgemeinstromverbrauch hoch, lässt sich als Betriebskonzept auch die Allgemeinstromversorgung einrichten. Der Solarstrom wird etwa für die Treppenhausbeleuchtung genutzt und mit den Bewohnern über die Nebenkosten abgerechnet.
Schließlich folgt die Volleinspeisung, bei der der gesamte Solarstrom in das öffentliche Stromnetz eingespeist und vom Netzbetreiber bezahlt wird. Aufgrund der geringen Vergütung ist der wirtschaftliche Betrieb neuer Solaranlagen als reine Volleinspeiser aktuell jedoch zu hinterfragen. Bestehende PV-Volleinspeiser lassen sich nach Vertragsende aber auch auf den Eigenverbrauch umstellen. Da Solaranlagen in der Regel länger als 20 Jahre laufen, ist ein Weiterbetrieb auch aus ökologischen Gründen sinnvoll.
Interview: Im Gespräch mit Professor Jürgen Wrede
Professor Dipl.-Ing. Jürgen Wrede ist Prodekan der Fakultät für Technik und Bereichsleiter Maschinenbau an der Hochschule Pforzheim. Im Interview erklärt der Vizepräsident des ARCD, wieso die Elektromobilität für den Verkehr der Zukunft wichtig wird.
Wie bewerten Sie die Elektromobilität als künftige Antriebsform?
Es sind sicher noch einige wichtige Punkte bei dieser Technologie zu verbessern, aber ich sehe für das Ziel weitgehender Treibhausgasneutralität im Individualverkehr keine vernünftige Alternative. Als Ergänzung für Pkw-Altfahrzeuge mit Verbrenner, die ja im Schnitt 15 bis 20 Jahre leben, und auch für Entwicklungsländer sollten klimaneutral hergestellte flüssige Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, mehr gefördert und die Forschung intensiviert werden. Das Hauptproblem ist aber verglichen mit der Energiespeicherung in der Batterie der um ein Vielfaches höhere Primärenergieaufwand, also der Verbrauch an Sonnen- und Windenergie. Die E-Fuels werden vorrangig für andere Verkehrsträger gebraucht, für die eine Batterie aus Gewichts- und Kostengründen nicht infrage kommt, wie Flugzeuge, Schiffe und vielleicht auch Lkw. Gasförmiger Wasserstoff mit Brennstoffzelle hat wegen des viel schlechteren Gesamtwirkungsgrades der Energieumwandlung sowie der Speicher- und Infrastrukturproblematik keine Chance im Pkw-Sektor. Im Übrigen braucht auch ein Brennstoffzellen-Pkw eine (etwas kleinere) Batterie, um Lastspitzen zu bedienen und beim Bremsen die Energie zurückspeisen zu können. Den Verbrennungsmotor als Technologie pauschal zu verbieten, halte ich aber für falsch.
Die Diskussion um die rohstoffintensive Herstellung von Batterien, mangelnde Reichweiten, zeitraubende Ladevorgänge und die reale Klimabilanz schiebt die Elektromobilität in ein diffuses Licht. Was sagen Sie dazu und ist Besserung in Sicht?
Es ist richtig, dass im Moment die Klimabilanz der E-Autos noch nicht sehr viel besser ist als die etwa von Diesel-Pkw. Dafür gibt es zwei Hauptursachen: Erstens stammen in Deutschland nur circa 40 Prozent der elektrischen Energie aus klimaneutralen Quellen, also Wasser-, Sonnen- und Windenergie, der Rest ist Atom- und Kohlestrom. In Frankreich mit rund 70 Prozent Atomstrom und sehr viel Wasserkraft ist das ganz anders. In Deutschland wird sich aber mit dem geplanten Kohleausstieg und gesteigerter alternativer Erzeugung in nächster Zeit viel in die richtige Richtung verändern. Zweitens schleppen die meisten E-Autos durch den sehr hohen Energieaufwand für die Batterieherstellung im Moment noch einen CO2-Rucksack mit. Das bedeutet, dass die Klimabilanz von E-Autos erst nach etwa vierzigtausend Kilometern Fahrleistung besser wird als beim Verbrenner. Auch kommt es darauf an, wie die elektrische Energie für die Batterieproduktion erzeugt wird – klimaneutral oder mit Kohlestrom, wie leider noch zum Großteil in China. Bei den Reichweiten und der Schnellladung hat sich schon viel bewegt, sodass dies in ein paar Jahren aus meiner Sicht gelöst sein wird. Bei den Rohstoffen für die Batterieproduktion stehen wir am Anfang einer Entwicklung, die weniger Kobalt einsetzt und die Lithiumgewinnung optimiert.
Nicht jeder kann sich ein teures Elektroauto oder einen Plug-in-Hybriden samt eigener Ladeinfrastruktur leisten. Wie bewerten Sie die Kostensituation?
Elektro- und Hybridautos sind in der Anschaffung momentan noch meist sehr teuer. Dies ist jedoch ein normales Phänomen bei einer neuen Technik. Auch das ABS-System hat anfangs über 1000 Euro gekostet. Nach einigen Jahren der Optimierung in Konstruktion, Produktion und Massenfertigung reduzierte sich der Preis auf weniger als ein Zehntel. Es ist anzunehmen, dass dieses „Gesetz“ auch für die Batterie gelten wird. Gegenwärtig gibt es zudem für die Hochlaufphase noch relativ hohe Zuschüsse vom Staat von bis zu 6000 Euro für ein Elektroauto. Andererseits ist es wichtig, nicht nur die Anschaffungskosten, sondern die Gesamtkosten zu sehen. Bei einem Elektroauto entfallen viele Wartungsarbeiten für Motor, Getriebe und Abgasanlage und auch der Bremsenverschleiß wird durch das generatorische Bremsen, bei dem ein erheblicher Teil der Bewegungsenergie durch den Betrieb des Elektromotors als Generator zurückgewonnen wird, stark reduziert. Wenn sich die Traktionsbatterie durch die eigene Fotovoltaikanlage noch aufladen lässt, ist auch der Strom sehr günstig und weitgehend klimaneutral.
Der Fördertopf der KfW-Bank ist nun leer. Rund 900.000 private Ladepunkte wurden finanziell mit pauschal 900 Euro unterstützt. Reichen die bisherigen Fördermaßnahmen aus oder sollte die neue Bundesregierung die Maßnahme zur Unterstützung der E-Mobilität fortsetzen?
Aus meiner Sicht ist es ein absolutes Unding, dass der Fördertopf für die Ladeinfrastruktur so abrupt ohne Vorwarnung und ohne eine Aussage zur Weiterführung endet! Die Ladeinfrastruktur ist einer der entscheidenden Faktoren für die weitere Umsetzung der Verkehrswende und die Förderung von privaten Ladestellen ist für den Staat die weitaus günstigste Methode. Es ist sicher der Phase der neuen Regierungsbildung geschuldet, dass dies passiert ist. Ich bin jedoch sicher, dass es eine Verlängerung oder sogar ein attraktiveres Nachfolgeprogramm geben wird. Es wäre gegenüber Besitzern von Eigentumswohnungen und Mietern zutiefst ungerecht, die Förderung jetzt auszusetzen, wo gerade durch die Reform des Wohneigentumsrechts die Möglichkeit, ja das Recht auf eine Wallbox in Mehrfamilienhäusern erst Ende 2020 geschaffen wurde.
Um die angepeilte Klimaneutralität bis 2045 nicht zu gefährden, fordert das Umweltbundesamt ab 2022 höhere Spritpreise, mittelfristig die Abschaffung der Pendlerpauschale und eine Pkw-Maut. Können wir uns die Klimaneutralität finanziell überhaupt leisten?
Wir müssen sie uns leisten. Es gibt Studien und Aussagen von führenden Volkswirtschaftlern, die die Kosten der Klimakrise bei Nichtstun deutlich höher einschätzen als die Kosten für die Treibhausgasneutralität. Denken wir nur an die kürzlich geschehene Flutkatastrophe! Wir werden in den nächsten Jahren für Energie und Strom sicher etwas tiefer in die Tasche greifen müssen als bisher. Damit sichern wir aber nicht nur unseren Kindern und Enkeln eine lebenswerte Umwelt und Zukunft, sondern auch eine hohe wirtschaftliche und soziale Dividende nach gelungenem Umbau von Industrie, Wirtschaft, Wohnen und Verkehr. Die Pendlersituation muss man durch Maßnahmen berücksichtigen, aber auch Anreize zum Sparen setzen. Vielleicht über Mitfahrgemeinschaften, auf kürzeren Strecken den Umstieg aufs Fahrrad oder E-Bike oder die Bahn nachdenken? Pendler haben höhere Fahrtkosten, wohnen aber meist auch viel günstiger als Stadtbewohner. Es ist eine Herausforderung für die Politik, eine akzeptierte und gerecht empfundene Verteilung der Lasten zu finden, die gleichzeitig zum Energiesparen motiviert.
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