Kaum ein Thema wird in der Elektromobilität derzeit so kontrovers diskutiert wie die Ladeleistung. Mit Ankündigungen im Megawattbereich für Pkw rückt die Frage in den Vordergrund, ob technische Höchstleistungen tatsächlich über die Geschwindigkeit der Mobilitätswende entscheiden, oder ob andere Faktoren den eigentlichen Flaschenhals bilden. Denn während Hersteller mit immer kürzeren Ladezeiten werben, verweisen Fachleute zunehmend auf Netzanschluss, Wirtschaftlichkeit und Infrastrukturplanung als die eigentlichen Herausforderungen.
Einordnung liefert Andreas Hensel vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Das Institut forscht unter anderem an resilienten und netzdienlichen Schnellladeparks und bringt damit sowohl technische als auch systemische Perspektiven in die Debatte ein. Im Gespräch mit Gateway to Automotive ordnete Hensel aktuelle Entwicklungen rund um Megawatt-Laden, Netzausbau und die Zukunft der Ladeinfrastruktur ein.
Beeindruckende Technik, begrenzter Nutzen
Zu aktuellen Ankündigungen von Ladeleistungen im Megawattbereich für Pkw äußerte sich Hensel zurückhaltend. Die gezeigte Technik sei beeindruckend und beweise, dass solche Leistungen grundsätzlich möglich seien, so Hensel. Für die Mobilitätswende in der Breite hält er sie jedoch für weniger relevant und ordnet die Ankündigungen „vor allem auch als Signal und als Marketinginstrument“ ein. Der eigentliche Engpass liegt seiner Einschätzung nach nicht bei der maximalen Ladeleistung. Im CCS-Bereich seien heute bis zu 500 Ampere möglich, bei 800-Volt-Fahrzeugen entspreche das etwa 400 Kilowatt, eine Leistung, die viele aktuell verfügbare Autos gar nicht oder nur kurzzeitig abrufen.
Technisch seien Batterie, Leistungselektronik, Kabel und Kühlung mit heutigen Lösungen beherrschbar, allerdings mit steigenden Kosten. Je höher die Ladeleistung, desto aufwendiger würden die Komponenten, sowohl fahrzeug- als auch infrastrukturseitig. Entscheidend sei deshalb nicht allein die physikalische Machbarkeit, sondern ob eine Lösung für den jeweiligen Anwendungsfall sinnvoll und bezahlbar sei.
Als größere Herausforderung nannte Hensel den Netzanschluss. Die Zeitkonstanten beim Netzausbau seien lang, da Netzbetreiber über viele Jahre hinweg planen müssten. Aus einem Gespräch mit Netze BW zitierte er die Einschätzung, dass sich die Netzkapazitäten im Verteilnetz innerhalb der kommenden zehn Jahre etwa verdoppeln müssten, eine Aufgabe von erheblichem Ausmaß.
Zur häufig gezogenen Gegenüberstellung von chinesischer Industrialisierungsgeschwindigkeit und europäischer Stärke bei Forschung und Standards äußerte sich Hensel differenziert. Die Einordnung sei nicht grundsätzlich falsch, aber stark vereinfacht. Für die europäische Industrie werde es herausfordernd, dauerhaft mitzuhalten, da bestehende Netze, dichte Bebauung und umfangreiche regulatorische Prozesse träger machten. Gleichzeitig verfüge Europa über zahlreiche technologisch innovative Hersteller und Forschungseinrichtungen.
Für den Pkw-Bereich sieht Hensel das bestehende und geplante Deutschlandnetz als ausreichend an, auch für die nächste Entwicklungsstufe mit 800-Volt-Fahrzeugen und hohen HPC-Leistungen. Die breite Masse der Fahrzeuge lade eher im Bereich von 100 bis 150 Kilowatt, teils darüber. Megawatt-Laden sei für Pkw aus seiner Sicht nicht der entscheidende Punkt.
Lkw stellen andere Anforderungen ans Ladenetz
Anders bewertet Hensel die Situation im Schwerlastverkehr. Viele Anwendungen ließen sich derzeit noch mit CCS abdecken, weshalb aktuell zahlreiche E-Trucks für regionale und planbare Einsätze mit dieser Technik bestellt würden. Im Langstreckenverkehr sehe die Lage anders aus: Wenn ein Lkw nach mehreren Stunden Fahrt eine Pause einlege und in dieser Zeit genug Energie für die nächste Etappe nachladen solle, seien deutlich höhere Leistungen notwendig.
Häufig brauche der Schwerverkehr deshalb eigene Ladeparks, so Hensel. Größere Fahrzeuge, andere Standzeiten, andere Energiemengen und andere Standortlogiken erforderten eine Infrastruktur entlang der Hauptachsen, an Logistikstandorten und an geeigneten Pausenplätzen, die sich derzeit noch im Aufbau befindet.
Im Projekt ReNew beschäftigt sich das Fraunhofer ISE mit resilienten Schnellladeparks. Im Zentrum steht laut Hensel der Weiterbetrieb bei Netzausfall sowie die Versorgung kritischer Fahrzeuge. Durch DC-Kopplung könne ein Ladepark begrenzt weiterbetrieben werden, solange Batteriespeicher vorhanden seien oder Photovoltaik Strom liefere. Im Katastrophenfall könnten etwa Einsatzfahrzeuge kontingentiert weitergeladen werden, was die Resilienz in der Fläche deutlich erhöhen könne.
Große Ladeparks erreichen laut Hensel Leistungen, die mit denen von Kleinstädten vergleichbar sind, an Autobahnen perspektivisch bis zu 20 Megawatt. Solche Anlagen könnten künftig nicht mehr nur als reine Lasten betrieben werden, sondern müssten sich an der Netzstabilität beteiligen. Das Institut untersucht in diesem Zusammenhang unter anderem netzbildende Leistungselektronik.
Ein Gleichstromnetz im Ladepark bringe gegenüber heutigen AC-Strukturen mehrere Vorteile, erläuterte Hensel. Da weniger 50-Hertz-Transformatoren benötigt würden, sänken Materialaufwand und Leerlaufverluste. Auch der Kabelaufwand reduziere sich deutlich: Während ein 1-Megawatt-Ladepunkt über 100 Meter im klassischen 400-Volt-Drehstromsystem sehr große Kabelmengen erfordere, sinke das Kabelgewicht bei 5 Kilovolt Gleichstrom auf unter 20 Prozent des ursprünglichen Werts.
Photovoltaik und Speicher als wirtschaftliche Bausteine
Wirtschaftlich biete ein DC-gekoppeltes System zudem Vorteile bei der Skalierung, da sich Ladeleistung und Netzanschlussleistung besser entkoppeln ließen. Nicht jedes Subsystem müsse so ausgelegt sein, als würden alle Ladepunkte gleichzeitig mit voller Leistung genutzt. In der Literatur finden sich laut Hensel Ansätze, bei denen der Netzanschluss etwa 60 Prozent der installierten Ladeleistung beträgt.
Photovoltaik sei an Fernverkehrsstandorten besonders attraktiv, da die Stromgestehungskosten deutlich unter dem lägen, was Nutzer:innen an der Ladesäule zahlten, weshalb viele Betreiber Flächen entlang von Autobahnen sicherten. Batteriespeicher könnten mehrere Aufgaben gleichzeitig übernehmen, etwa Erzeugung und Verbrauch zeitlich zu verschieben, Lastspitzen zu reduzieren, Netzentgelte zu optimieren und Flexibilität bereitzustellen.
Ob sich ein resilienter Schnellladepark rein privatwirtschaftlich betreiben lässt, hängt laut Hensel vom Reifegrad der Technologie ab. Mit heutigem Stand könne ein Ladepark durchaus wirtschaftlich attraktiv sein. Für neue Konzepte wie ReNew brauche es zunächst Pilotanwendungen und Demonstrationen, außerdem müssten Regulierung, Netzentgelte und Flexibilitätsvergütung so gestaltet werden, dass Investor:innen Planungssicherheit erhielten.
Für die kommenden Jahre sieht Hensel den Netzausbau als zentralen Hebel. Da dieser Zeit benötige, müssten Priorisierung und Regulierung so angepasst werden, dass wichtige Standorte schneller realisiert werden könnten. Ladeparks sollten zudem schon heute als langfristige Infrastruktur gedacht werden, da sie über 10, 15 oder 20 Jahre betrieben würden und netzbildende Systeme sowie Flexibilität in diesem Zeitraum an Bedeutung gewinnen dürften. Auch Standardisierung für DC-Systeme sei notwendig, damit Betreiber nicht von proprietären Lösungen einzelner Hersteller abhängig blieben.
Quelle: Gateway to Automotive – „Der Engpass liegt nicht bei der Ladeleistung, sondern beim Netz“
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