Von Ujyara Saleem, Forschungsanalystin – bei PTR Inc.

• Die Zahl der öffentlich zugänglichen Ladestationen weltweit belief sich im Jahr 2021 auf fast 1,8 Millionen, wovon laut IEA ein Drittel Schnellladestationen waren, mit fast 500.000 installierten Ladestationen.
• Hochleistungs-Gleichstromladegeräte bieten mehrere Vorteile, die dazu beitragen können, die Verbreitung von Elektrofahrzeugen (EVs) zu beschleunigen und sie für längere Fahrten praktischer zu machen. Dazu gehören kürzere Ladezeiten, weniger Reichweitenangst, eine bessere Erreichbarkeit und die Förderung der weiteren Verbreitung von Elektrofahrzeugen.
• Zu den Herausforderungen bei Hochleistungs-Gleichstromladestationen zählen die hohen Installations- und Wartungskosten, die Netzintegration, die Kompatibilität mit verschiedenen Elektrofahrzeugmodellen und Ladestandards, regulatorische und technische Herausforderungen sowie erhebliche Investitionen in die Infrastruktur.

I. Einleitung

Die Zahl der öffentlich zugänglichen Ladestationen weltweit belief sich im Jahr 2021 auf fast 1,8 Millionen, wovon ein Drittel Schnellladestationen waren. Laut der IEAwurden im Jahr 2021 fast 500.000 Ladestationen installiert, was mehr ist als die Gesamtzahl der im Jahr 2017 verfügbaren öffentlichen Ladestationen. Die Zahl der öffentlich zugänglichen Ladestationen stieg 2021 um 37 %, was unter der Wachstumsrate von 2020 (45 %) und den Ausbauzahlen vor der Pandemie liegt. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate lag zwischen 2015 und 2019 bei fast 50 %. Im Jahr 2021 nahm das Schnellladen etwas stärker zu als im Jahr 2020 (48 % gegenüber 43 %), während das Langsamladen deutlich langsamer wuchs (33 % gegenüber 46 %).

Laut PTR Inc. werden Gleichstrom-Hochleistungsladestationen als Ladestationen mit einer Leistung von mehr als 60 kW definiert. Im Bereich der öffentlichen Ladeinfrastruktur vollzieht sich ein Trend hin zum Gleichstrom-Hochleistungsladen, wobei die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) für öffentliche Gleichstrom-Hochleistungsladestationen in Europa bei 24 % und für Gleichstrom-Niedrigleistungsladestationen bei 9 % liegt. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Zahl der öffentlichen Gleichstrom-Hochleistungsladestationen in Europa bis 2030 etwa 470.000 erreichen wird. In Europa gibt es über 300.000 Langsamladestationen und fast 50.000 Schnellladestationen, wobei Deutschland über die schnellsten Ladestationen verfügt.

II. Vorteile von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten für öffentliche EV-Ladestationen

Hochleistungs-Gleichstromladegeräte bieten mehrere Vorteile, die dazu beitragen können, die Verbreitung von Elektrofahrzeugen (EVs) zu beschleunigen und diese für längere Fahrten praktischer zu machen.

Erstens bieten Hochleistungs-Gleichstromladegeräte im Vergleich zu langsameren Wechselstromladegeräten kürzere Ladezeiten. Das bedeutet, dass Fahrer von Elektrofahrzeugen ihre Batterie schnell aufladen und in kürzerer Zeit wieder auf die Straße kommen können, während ein langsameres Wechselstromladegerät mehrere Stunden benötigen kann, um die gleiche Lademenge bereitzustellen. Kürzere Ladezeiten können den Komfort von Elektrofahrzeugen erhöhen und die Wartezeit an Ladestationen verkürzen.

Zweitens können leistungsstarke Gleichstrom-Ladegeräte dazu beitragen, die Reichweitenangst zu mindern, die bei Fahrern von Elektrofahrzeugen häufig auftritt. Dank größerer Ladereichweiten können Fahrer längere Strecken zurücklegen, bevor sie wieder aufladen müssen. Dies kann die Zugänglichkeit von Elektrofahrzeugen verbessern und sie zu einer praktischeren Option für längere Fahrten machen.

Drittens kann die zunehmende Verfügbarkeit von Hochleistungs-Gleichstromladestationen Elektrofahrzeuge für einen größeren Kreis von Fahrern zugänglicher machen. Je mehr Ladestationen installiert werden, desto sicherer können Elektroautofahrer sein, dass sie bei Bedarf eine Ladestation finden, wodurch Bedenken hinsichtlich der begrenzten Reichweite abnehmen.

Schließlich kann die Einführung von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten dazu beitragen, die weitere Verbreitung von Elektrofahrzeugen zu fördern. Je mehr Autofahrer auf Elektrofahrzeuge umsteigen, desto größer wird die Nachfrage nach Ladestationen, und desto mehr Unternehmen und Behörden werden möglicherweise in die Ladeinfrastruktur investieren, wodurch ein positiver Kreislauf entsteht, der den Übergang zu nachhaltiger Mobilität beschleunigen kann. Insgesamt verbessern Hochleistungs-Gleichstromladegeräte die Wirtschaftlichkeit öffentlicher Ladestationen für die Betreiber.

III. Herausforderungen bei der Einführung von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten für öffentliche EV-Ladestationen

Trotz der zahlreichen Vorteile von Hochleistungs-Gleichstromladestationen sind diese nicht ohne Herausforderungen. Die größte Herausforderung sind die hohen Installations- und Wartungskosten, die einer breiten Einführung im Wege stehen können. Diese Kosten umfassen nicht nur die Ladegeräte selbst, sondern auch die erforderliche Infrastruktur zur Unterstützung der Hochspannungsleitungen, Transformatoren und des Stromnetzes. Regelmäßige Wartungsarbeiten sind zudem unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Ladestationen mit optimaler Effizienz arbeiten.

Die Integration von Hochleistungs-Gleichstromladestationen in das bestehende Stromnetz kann eine Herausforderung darstellen. Dies liegt daran, dass Hochleistungs-Gleichstromladestationen eine erhebliche Menge an Strom benötigen, was bei unsachgemäßer Integration zu einer Überlastung des Netzes führen kann. Es ist von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass die Netzinfrastruktur die erhöhte Last durch Hochleistungs-Gleichstromladestationen bewältigen kann, insbesondere in Spitzenlastzeiten. Die Installation von Hochleistungs-Gleichstromladestationen erfordert erhebliche Investitionen in die Infrastruktur, darunter die Modernisierung des Stromnetzes, von Transformatoren und Hochspannungsleitungen. Darüber hinaus ist es wichtig, die Auswirkungen von Hochleistungs-Gleichstromladestationen auf die Stabilität des lokalen Stromnetzes und das Risiko von Stromausfällen zu berücksichtigen.

Eine weitere Herausforderung bei Hochleistungs-Gleichstromladegeräten besteht darin, die Kompatibilität mit verschiedenen Elektrofahrzeugmodellen und Ladestandards sicherzustellen. Nicht alle Elektrofahrzeuge sind für das Laden mit Hochleistungs-Gleichstrom ausgelegt, und weltweit kommen unterschiedliche Ladestandards zum Einsatz. Um eine breite Akzeptanz von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten zu gewährleisten, müssen diese so konzipiert sein, dass sie mit zahlreichen Elektrofahrzeugmodellen und Ladestandards kompatibel sind. Dies erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Elektrofahrzeugherstellern, Ladestationsbetreibern und Netzbetreibern, um sicherzustellen, dass die Ladeinfrastruktur mit einer breiten Palette von Elektrofahrzeugen kompatibel ist. Darüber hinaus müssen regulatorische und technische Herausforderungen bewältigt werden, um sicherzustellen, dass Hochleistungs-Gleichstromladegeräte interoperabel sind und sowohl untereinander als auch mit dem Stromnetz kommunizieren können.

T&E schätzt, dass im nachfrageorientierten Szenario die Investitionen in die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EVCI) für Pkw und Nutzfahrzeuge etwa 185 Milliarden US-Dollar erreichen werden. Von diesen Investitionen entfallen rund 60 % (etwa 130 Milliarden US-Dollar) auf Gleichstrom-Schnellladestationen (siehe Abb. 1). Obwohl es im Vergleich zu Wechselstrom-Ladestationen weniger Gleichstrom-Ladestationen gibt, sind die Kosten für Hardware und Installation bei Gleichstrom-Ladestationen deutlich höher. So liegen die geschätzten Investitionskosten pro kW bis 2030 zwischen rund 135 US-Dollar für eine 11-kW-Wechselstrom-Ladestation und etwa 430 US-Dollar für eine 150-kW-Gleichstrom-Ladestation. Auch die Gesamtinvestitionskosten für Gleichstrom-Ladestationen sind deutlich höher als die für Wechselstrom-Ladestationen: Die geschätzten Kosten pro Einheit liegen bei etwa 1.000 US-Dollar für ein 11-kW-Wechselstrom-Ladegerät, verglichen mit etwa 110.000 US-Dollar für ein Gleichstrom-Ladegerät mit 500+ kW und bis zu 280.000 US-Dollar für ein Gleichstrom-Ladegerät mit 1 MW.

Abbildung 1: Kumulierte Anzahl an Ladestationen für Pkw und Nutzfahrzeuge im Rahmen des nachfrageorientierten Szenarios des T&E-Masterplans
Quelle: T&E-Masterplan

IV. Politische Maßnahmen und Pläne zur Förderung von Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge.

Die europäischen Länder zeigen durch eine Vielzahl von Maßnahmen und Plänen ihre Entschlossenheit, auf Hochleistungs-Gleichstrom umzustellen:

• Bis 2026 soll es mindestens eine Ladestation für Elektroautos alle 60 kmentlang der Hauptverkehrsstraßen der EU (Europäischen Union) geben. Es wird erwartet, dass es sich bei den Ladestationen um Hochleistungs-Gleichstromlader handelt. Das Europäische Parlament hat einen Entwurf für Vorschriften verabschiedet, die darauf abzielen, den Ausbau von Lade- und alternativen Tankstellen für Fahrzeuge voranzutreiben und die Verbreitung nachhaltiger Fahrzeuge zu fördern. Die Abgeordneten fordern Elektroauto-Ladestationen alle 60 km entlang der Hauptverkehrsstraßen der EU, Wasserstofftankstellen alle 100 km sowie geringere Emissionen von Schiffen. Die Vorschriften sind Teil des „Fit for 55“-Pakets für 2030, das darauf abzielt, die Treibhausgasemissionen bis 2030 um mindestens 55 % gegenüber dem Niveau von 1990 zu senken. Die Europaabgeordneten haben außerdem nationale Ziele für den Ausbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe festgelegt, deren Umsetzung verbindlich sein wird.
• Die EU-Kommission hat der der deutschen Regierung die Genehmigung erteilt, den Bau von 8.500 Schnellladestationen mit insgesamt 1,8 Milliarden Euro zu fördern. Die Maßnahme sieht vor, dass Ladestationen im Abstand von 15 bis 30 Fahrminuten eingerichtet werden. Das „Deutschlandnetz“ wurde erstmals im August 2021 von der deutschen Regierung vorgeschlagen und sieht die Errichtung von Ladestationen an rund 900 Standorten in Deutschland vor. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Gebieten, in denen es noch keine Hochleistungsladestationen (HPC) gibt oder in denen die vorhandenen Stationen nicht ausreichen, um den erwarteten Bedarf zu decken.
• Das von IONITY und GreenWay geleitete EXPAND-E-Konsortium erhält rund 70 Mio. Euro für die Errichtung von mehr als 2.100 Ladestationen (150 kW – 350 kW) für leichte und schwere Elektrofahrzeuge an über 450 Standorten in 22 EU-Mitgliedstaaten
• Atlante, ein Unternehmen der NHOA-Gruppe, wurde von der Europäischen Union im Rahmen von CEF Transport, dem Förderprogramm zur Unterstützung der europäischen Verkehrsinfrastruktur, für eine Förderzusage in Höhe von 22,7 Millionen Euro ausgewählt.
• EV-Stationen 2.0: Das Projekt der EU zielt darauf ab, ein Netz aus Schnell- und Ultraschnellladestationen für Elektrofahrzeuge entlang des Kern- und des umfassenden Straßennetzes in Italien aufzubauen. Insgesamt sollen 45 Stationen errichtet werden, die 180 Ladepunkte für Elektrofahrzeuge umfassen, darunter 90 Schnellladestationen (50 kW) und 90 Ultraschnellladestationen (von 150 kW bis 350 kW).
• Der Geschäftsbereich „Energy Solutions“ von SSE hat seinen ersten ultraschnellen Ladeknotenpunkt für Elektrofahrzeuge eröffnet. Dies ist Teil einer groß angelegten neuen Initiative, in deren Rahmen in den nächsten fünf Jahren 300 solcher Knotenpunkte in ganz Großbritannien und Irland eingerichtet werden sollen.

V. Chancen für die Interessengruppen

 An der Umstellung auf eine nachhaltige Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EV). Energieversorger und Netzbetreiber können Hochleistungs-Gleichstromladegeräte nutzen, um Spitzenlasten zu bewältigen und die Integration erneuerbarer Energiequellen zu erleichtern. Eigenständige EV-Ladezentren mit Solarstrom sind eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen. Betreiber öffentlicher Ladestationen müssen ihre Netze und Geschäftsmodelle ausbauen, um schnellere und bequemere Ladedienste anbieten zu können. Um mittel- bis langfristig wirtschaftlich rentabel zu sein, ist eine durchschnittliche Netzauslastung von 15 % erforderlich, und in der EU wird erwartet, dass sich die Branche in den nächsten 5 bis 15 Jahren auf eine noch höhere Auslastung zubewegt. EV-Hersteller müssen Innovationen im Bereich der Hochleistungs-Ladetechnologie vorantreiben, um den sich wandelnden Bedürfnissen ihrer Kunden gerecht zu werden. Schließlich können Regierungen und politische Entscheidungsträger den Ausbau von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten durch Finanzierung, Anreize und Regulierung unterstützen.

VI. Ausblick

In Europa ist ein starker Ausbau der Hochleistungs-Gleichstrom-Ladeinfrastruktur zu erwarten: Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge werden im Jahr 2022 voraussichtlich 53 % der Hochleistungs-Gleichstrom-Ladestationen ausmachen, und dieser Anteil dürfte bis 2030 auf 77 % ansteigen. Dieses Wachstum dürfte durch potenzielle Innovationen und Fortschritte in der Hochleistungs-Gleichstrom-Ladetechnologie unterstützt werden, da immer mehr Ladeunternehmen wie ABB, Tritium, Alpitronic und Tesla weiterhin Gleichstrom-Schnellladegeräte auf den Markt bringen. Mit steigender Nachfrage nach diesen Ladegeräten wird erwartet, dass die Preise für Gleichstrom-Schnellladegeräte in naher Zukunft durch technologische Fortschritte und Massenproduktion sinken werden.

Abbildung 2: Von T&E empfohlene Gesamtinvestition in Höhe von 172 Milliarden Euro in öffentliche und private Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge bis 2030
Quelle: PTR Inc.

Fazit 

Da die Zahl der Elektrofahrzeuge (EVs) auf den Straßen zunimmt, ist es von entscheidender Bedeutung, die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge auszubauen, um der wachsenden Nachfrage gerecht zu werden. Neben der Anzahl öffentlich zugänglicher Ladestationen ist auch die Verkürzung der Ladezeit von gleicher Bedeutung. Schnellladegeräte für Gleichstrom können, sofern sie kompatibel sind, die Ladezeit auf nur 15 bis 20 Minuten verkürzen. Mit der Zeit gewinnt der Einsatz von Gleichstrom-Schnellladegeräten für das öffentliche Laden zunehmend an Bedeutung, um lange Wartezeiten an Ladestationen zu vermeiden. Zahlreiche laufende Projekte und Pläne in Europa konzentrieren sich auf den Ausbau oder die Modernisierung von Gleichstrom-Schnellladestationen. Bis 2030 werden voraussichtlich 77 % der Gleichstrom-Ladestationen Hochleistungs-Gleichstromladestationen sein, was dazu beitragen kann, die Reichweitenangst zu mindern – ein wesentlicher Faktor, der Menschen vom Kauf von Elektrofahrzeugen abhält. Während das langsame Laden für das Laden über Nacht und zu Hause geeignet ist, wird sich die öffentliche Ladelandschaft in den kommenden Jahren in Richtung des Hochleistungs-Gleichstromladens verlagern.

Ujyara Saleem ist als Forschungsanalystin bei PTR Inc. tätig. Ihre Forschungsarbeit dreht sich um die Elektrifizierung des Fahrzeugsektors, wobei ihr Schwerpunkt vor allem auf EVSE liegt. Ujyara verfügt über umfassende Kompetenzen in den Bereichen Primär- und Sekundärforschung, Datenanalyse und Marktprognosen. Sie nutzt ihr Fachwissen in diesen Bereichen, um aufkommende Trends und Chancen auf dem E-Mobilitätsmarkt zu identifizieren. Als leitende Analystin für die EMEA-Region hat Ujyara sowohl an maßgeschneiderten Projekten für große Unternehmen weltweit als auch an Standarddienstleistungen gearbeitet. Mit einem Bachelor of Science in Elektrotechnik vom Pakistan Institute of Engineering and Applied Sciences (PIEAS) und einem Master of Science in Engineering Management von der Universität Debrecen verfügt sie sowohl über technische als auch über betriebswirtschaftliche Kompetenzen, die sie für strategische Analysen im Bereich der E-Mobilität einsetzt.

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