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Gemäß einer Erhebung aus dem Frühjahr 2019 ist der Hauptgrund, der das Wachstum von Elektroautos behindert, nach Ansicht der Autobesitzer das schwache Netz von Ladestationen. Nach den angekündigten Plänen der Hersteller sollen bis 2025 etwa 350 Modelle von Elektroautos mit einer Reichweite von über 300 km pro Ladung auf den Markt kommen, ihre Preise werden weiter sinken und sie werden eine bedeutende Alternative zu traditionellen Autos mit Verbrennungsmotoren werden. Mit der Preissenkung und der Erhöhung der Fahrleistung wird die derzeit noch begrenzte Verfügbarkeit von Ladestationen zu den Hauptgründen gehören, die die Umsetzung der Energiewende im Automobilsektor erschweren werden.
Wenn wir uns die Prognosen der Autohersteller ansehen, werden im Jahr 2030 in China, den USA und Europa - den Hauptmärkten für den Elektrotransport – ohne staatliches Zutun bereits etwa 120 Millionen Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein. Ein aggressives Herangehen, das staatliche Anreize für den Kauf von Elektroautos und Investitionen in diese Industrie impliziert, kann laut Studie diese Zahl sogar fast verdoppeln.
Die territoriale Verteilung von Elektroautos ist ungleichmäßig. Folglich ist auch die Infrastruktur, die dem Elektrotransport dient, nicht einheitlich verteilt. Wenn wir uns die Erfahrungen der USA als ein Land ansehen, das auf dem Weg des Elektrotransports weiter vorangekommen ist und auf einige Erfahrungen aufbauen kann, können wir aus Sicht der Industrie zwei Haupttypen von Gebieten unterscheiden:
- Gebiete mit geringer Bevölkerungsdichte und einem hohen Anteil an Privathaushalten mit eigenen privaten Parkplätzen oder Garagen. Wie z.B. Los Angeles;
- Gebiete mit hoher Bevölkerungsdichte, Wohnhäusern und öffentlichen Parkplätzen, wie zum Beispiel Manhattan.
Die beiden Territorien werden einen sehr unterschiedlichen Bedarf an Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge haben.
Problemanylyse
Die zunehmende Zahl an Elektrofahrzeugen wird den Strombedarf für deren Aufladung von derzeit 20 Milliarden kWh pro Jahr auf 280 Milliarden kWh bis 2030 für China, die USA und Europa erhöhen. Diese Zahl spiegelt den Anstieg der Zahl der Elektrofahrzeuge, ihre durchschnittliche Fahrleistung (18.000 km für die USA, 15.000 km für Europa und 11.000 km für China) und den durchschnittlichen Stromverbrauch von 20 kWh pro 100 km Fahrleistung wider. Und während 280 Milliarden kWh eine ernstzunehmende Zahl sind, sind es allein in den USA, ohne China und Europa, tatsächlich nur 10% des derzeitigen Verbrauchs. Der Anstieg des Energieverbrauchs wird also kein ernsthaftes Hindernis für den Elektrotransport darstellen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Autos mit Verbrennungsmotoren können Elektroautos überall dort betankt werden, wo es Zugang zu einer Steckdose gibt: zu Hause in einer Garage, auf einem Parkplatz in der Nähe des Arbeitsplatzes, auf öffentlichen Parkplätzen, an speziellen Tankstellen. Dies vereinfacht die Entwicklung der Infrastruktur. Darüber hinaus zeigen die laufenden Experimente mit Lademöglichkeiten für Elektrofahrzeuge das Potenzial für neue Lademethoden, wie das drahtlose Aufladen auf Parkplätzen oder an Ampeln.
Unterschiedliche Ladeoptionen diktieren die Anforderungen an Ladestationen und Infrastruktur. Das Laden in einer Garage oder auf einem privaten Parkplatz in der Nähe eines Wohnhauses findet in der Regel in einem Gebiet mit geringer Bevölkerungsdichte (Vororte, Stadtrand) statt, wo individuelles Parken in unmittelbarer Nähe der Wohnung oder des Eigenheimes möglich ist. Das Auto wird hier mindestens 10-12 Stunden pro Tag abgestellt. Für solche Ladeplätze kann ein kostengünstiges Schwachstrom-Ladegerät mit einer Kapazität von etwa 20 kW verwendet werden.
Das Aufladen von Elektrofahrzeugen in der Nähe der Arbeitsstätten hängt hauptsächlich von der Verfügbarkeit von Parkplätzen und dem Wohlwollen des Arbeitgebers ab, das durch administrative Vorteile oder Vorschriften gefördert werden kann.
Für Gebiete mit einer hohen Bevölkerungsdichte, wie Stadtzentren oder Wohngebiete mit Hochhäusern, können nur kostenpflichtige Batterieladepunkte auf öffentlichen Parkplätzen die Hauptoption für verwendete Ladestationen sein.
Obwohl mehr als 90% der Fahrten von zu Hause zur Arbeit oder zum Laden erfolgen, gibt es immer noch etwa 5%-7% der Fahrten, die Menschen über lange Strecken unternehmen und die Elektroautos mit einer einzigen Batterieladung nicht bewältigen können. Diese Fahrten erfordern Schnellladestationen an den Routen.
Es bleibt zu beachten, dass diese Klassifizierung nicht streng ist. Zum Beispiel kann ein Besitzer eines Elektroautos, der in einem Stadthaus wohnt, aber kein eigenes Ladegerät besitzt, eine bezahlte Ladestation auf einem öffentlichen Parkplatz oder am Arbeitsplatz benutzen.
Infrastruktur
Wie bereits erwähnt, werden die meisten Elektroautos 10-12 Stunden pro Tag am Wohnort des Nutzers geparkt. Das Aufladen der Batterie dort ist kostengünstiger, da Strom für Privathaushalte billiger ist als Energie für gewerbliche Anlagen. Darüber hinaus wird das Aufladen von Elektroautos auf dem Parkplatz in der Nähe des Hauses nachts erfolgen, wenn Netzlast niedriger ist und somit die Energiekosten geringer sind.
Betrachtet man die USA, so ist geplant, dass bis 2030 etwa 75% der Elektroautos an privaten Einzel-Ladestationen aufgeladen werden sollen. Auf der anderen Seite steht China, wo der Anteil der kleinen Privathäuser mit Privatparkplätzen aufgrund der Bevölkerungsdichte viel geringer ist und wo leistungsstarke öffentliche Schnellladestationen mit mehreren Anschlüssen, die bis 2030 etwa 80% der Gesamtzahl der Ladestationen ausmachen werden, eine größere Rolle spielen werden.
Europa liegt, was die Reichweite der benötigten Ladestationen betrifft, ungefähr in der Mitte zwischen den USA und China, mit einer Verlagerung hin zu größeren Ladestationen, da die Bevölkerungsdichte und die Zahl der Mehrfamilienhäuser in Europa immer noch höher ist als in den USA.
Sortimentsstruktur
Die nächste Frage ist, welche Arten von Ladestationen im nächsten Jahrzehnt auf dem Markt vorhanden sein und sich entwickeln werden. Hier können wir über 3 Arten von Stationen sprechen, die derzeit existieren:
Eine AC-Ladestation. Bei dieser Art von Ladestation wandelt der Wechselrichter des Autos den Wechselstrom in Gleichstrom um, der dann die Batterie lädt. Eine solche Station hat eine Kapazität von etwa 20 Kilowatt und ist eine typische private Langzeit-Ladestation für Privathaushalte.
Gleichstrom-Ladestation. Diese Station wandelt den Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom um, der dann in das Auto gelangt und die Batterie lädt, ohne dass ein Wechselrichter an Bord des Elektroautos erforderlich ist. Derzeit gibt es Modelle von 25 Kilowatt bis über 350 Kilowatt.
Drahtlose Ladestation. Dieses System verwendet elektromagnetische Wellen zum Laden der Batterien. Moderne Stationen haben eine Kapazität von bis zu 11 Kilowatt.
Die Leistung des Ladegeräts bestimmt die Geschwindigkeit, mit der eine Batterie eines Elektroautos wieder aufgeladen wird. Wechselstrom-Ladestationen mit langer Batterielebensdauer können nur dort eingesetzt werden, wo das Auto lange geparkt wird. Gleichstrom-Ladestationen mit einer Kapazität von etwa 50 kW mehr sind für öffentliche Park- und Geschäftszentren, Schnellladestationen mit einer Kapazität von 250 kW und mehr sind für Ladestationen entlang der Autobahnen vorgesehen.
Im Allgemeinen werden Wechsel- und Gleichstrom-Ladestationen bis 2030 den Löwenanteil des Marktes einnehmen, und der Großteil der Energie wird an Elektroautos geliefert, entweder auf Parkplätzen in der Nähe von Häusern oder in der Nähe von Arbeitsplätzen. Die Ausnahme dürfte China sein, wo der Schwerpunkt auf leistungsstarken Schnellladestationen auf öffentlichen Parkplätzen liegen wird.
Marktanteile
Wenn wir die Pläne für die Produktion von Elektroautos, die Anzahl der Privathäuser, Geschäftszentren und die notwendige Anzahl öffentlicher Ladestationen zusammenfassen, können wir bis 2030 von 40 Millionen Ladegeräten für China, die USA und Europa sprechen, für die die Verbraucher etwa 50 Milliarden Dollar ausgeben werden. Allein in den USA wird es etwa 13 Millionen neue Ladestationen im Wert von 11 Millionen USD geben, in Europa werden es 15 Millionen Stationen im Wert von 17 Milliarden USD sein, und in China werden 12-14 Millionen Ladestationen im Wert von 19 Milliarden USD installiert werden.
Vergleicht man diese Zahlen, so stellt man fest, dass es in den USA billigere individuelle Ladestationen im Wert von weniger als 1.000 USD geben wird, während in Europa und China der überwiegende Teil öffentliche Ladestationen und Stationen auf den Parkplätzen in der Nähe der Arbeitsstätten sein werden, deren Kosten zwischen 3.000 und 5.000 USD für kleine Gleichstromstationen und bis zu 25.000 bis 200.000 USD für Schnellladestationen an den Straßen betragen können.
