Warum DC-Laden für Elektroautos irgendwann zur Norm wird

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Thomas Edison und George Westinghouse waren beide frühe Pioniere bei der Nutzung von Elektrizität in Häusern und Fabriken. Edison war ein Befürworter des Gleichstroms (DC), während Westinghouse den Wechselstrom (AC) bevorzugte. (Vergessen wir nicht Nikola Tesla, der auch zu unserem Verständnis von Elektrizität beigetragen hat.) Spulen wir vor bis heute, wo Wechselstrom zum Standard geworden ist, um das Licht an zu halten und Geräte zu betreiben. Irgendwo lächelt George Westinghouse.

Das ist im Großen und Ganzen der Stand der Dinge bis vor Kurzem. Doch nun gibt es ein neues Gerät auf dem Markt, eines, das mit Gleichstrom betrieben wird. Es ist das Elektroauto. Wenn heute die Batterie unseres Elektroautos schwach wird, schließen wir es zu Hause an, wo 110 Volt Wechselstrom die Batterie langsam wieder aufladen. Einige haben in ihren Garagen 220-Volt-Stromkreise, mit denen ein Elektroauto schneller aufgeladen werden kann, es wird aber immer noch Wechselstrom betrieben.

Batterien speichern Strom als Gleichstrom. Elektroautos benötigen zum Aufladen ein Gerät namens On-Board-Ladegerät, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Die meisten Bordladegeräte können eine Leistung von etwa 11 kW liefern. Aber hier ist die Sache. Selbst bei 11 kW kann das Laden einer leeren Batterie mehrere Stunden dauern.

Um das Laden zu beschleunigen, benötigen wir Gleichstromladegeräte, die das Bordladegerät umgehen und Elektronen direkt an die Batterie senden. Die niedrigsten DC-Ladegeräte liefern eine Leistung von 50 kW – fünfmal schneller als die meisten Bordladegeräte – und die leistungsstärksten können eine Leistung von 350 kW liefern. Gleichstromladegeräte mit noch höherer Leistung sind bald verfügbar. In den USA schreibt das National Electric Vehicle Infrastructure Act vor, dass jeder Ladestandort über mindestens zwei 150-kW-Gleichstromladegeräte verfügen muss, um sich für eine Bundesfinanzierung zu qualifizieren.

Gleichstromladen ist die Zukunft

In einem Meinungsbeitrag geschrieben für Elektrivsagt der freie Journalist Christoph Schwarzer, dass DC-Ladeinfrastruktur die Zukunft ist – nicht nur an wichtigen Verkehrswegen, sondern auch in Einkaufszentren und irgendwann sogar bei uns zu Hause.

Schwarzer nennt mehrere Gründe für seine Prognose. Der erste davon ist die Zeit. AC-Ladegeräte brauchen einfach zu lange. Er geht davon aus, dass Menschen Gleichstromladegeräte verwenden, um ihre Batterien aufzuladen, während sie Lebensmittel einkaufen oder andere Dinge erledigen, die weniger als 30 Minuten dauern.

Das Warten auf ein Ladegerät komme bereits zu bestimmten Tageszeiten oder bestimmten Wochentagen vor, sagt er. Wenn wir auf AC-Ladegeräte angewiesen sind, werden die Wartezeiten immer länger. Da immer mehr Elektroautos zur Pkw- und Lkw-Flotte auf den Straßen hinzukommen, müssen diese möglichst schnell aufgeladen werden. „Sonst funktioniert das System nicht“, sagt er.

Lars Walch ist Vizepräsident Vertrieb E-Mobilität bei der EnBW, dem örtlichen Energieversorger des Bundeslandes Baden-Württemberg. Als Versorgungsunternehmen ist es gewohnt, bei seinen Infrastrukturanforderungen langfristig zu denken. Für Walch ist das schnelle Gleichstromladen „das beste Kundenerlebnis“.

Langfristig, schreibt Schwarzer, „bietet den Betreibern nur das Laden mit Gleichstrom die Aussicht auf Gewinne aus ihren Investitionen in Ladeparks, Umspannwerke, Fundamente und Dächer.“ Walch weiß, dass man mit der Ladeinfrastruktur Geld verdienen kann, aber das ist noch nicht geschehen. EnBW hat im Jahr 2023 pro Werktag (durchschnittlich) mindestens einen Standort in Betrieb genommen – allesamt DC.

„Wenn wir den Markt betrachten, sehen wir, dass die Hauptkonkurrenten von EnBW entweder aus der Automobilindustrie (Ionity und Tesla) oder aus der Ölindustrie (BPs Aral Pulse und Shell Recharge) kommen. Offensichtlich bereiten sich Ölkonzerne auf den Tag vor, an dem sie vor einem internationalen Gericht wegen jahrzehntelanger CO2-Emissionen verklagt werden und eine Verteidigungsstrategie benötigen. Er fügt hinzu, dass sich bei den vielen Stadtwerken in Deutschland zunehmend die Erkenntnis durchsetze, dass öffentliches Laden nur dann rentabel sei, wenn DC-Ladegeräte zum Einsatz kämen. „Klimaanlage ist eine Verschwendung von Parkplatz und Zeit“, sagt er.

Das wichtigste Element für städtische und dicht besiedelte Gebiete ist das Gelegenheitsladen an privaten, öffentlich zugänglichen DC-Ladeparks. Mit anderen Worten: auf dem Parkplatz des Supermarkts. Hier liegt ein enormes Potenzial, das Eigentümer zunehmend nutzen. Es ist keine Zukunftsvision mehr, dass Besitzer von Elektrofahrzeugen lieber zu einem Einkaufszentrum fahren, wo sie beim Einkaufen ihre Traktionsbatterie aufladen können.

Bis hierher ist alles klar. Aufgrund der Platzknappheit und der Weiterentwicklung der Elektromobilität führt kein Weg am schnellstmöglichen DC-Laden vorbei. Das ist schon lange so und wird sich vor dem Hintergrund des Megawatt-Ladesystems (MCS) für Elektro-Lkw noch verstärken. Und wenn Spitzenlasten im Hochspannungsnetz zu teuer werden, müssen stationäre Pufferspeicher gebaut werden.

Gleichstromladen am Arbeitsplatz

Schwarzer geht davon aus, dass selbst Arbeitgeber bald erkennen werden, dass die DC-Ladeinfrastruktur künftig die bevorzugte Wahl ist. „Ab einer bestimmten Größe ist es nicht mehr teurer, auf Gleichstrom statt auf Wechselstrom zu setzen. Das Prinzip nennt sich DockChain – eine Art Hauptladegerät versorgt viele einzelne DC-Punkte bedarfsabhängig mit Strom. Das System ist flexibel erweiterbar und bietet bei Bedarf die Möglichkeit zum Schnellladen.“

Dockchain ist ein System, das von einem Team des University College Dublin und des Imperial College London entwickelt wurde. DockChain ermöglicht schnelles DC-Laden für alle Parkplätze zu kaum mehr Kosten als langsames AC-Laden. Laden Sie jedes Auto oder jeden Transporter schnell auf, wenn Sie ihn brauchen. Laden Sie alle Ihre Autos oder Transporter günstig auf, heißt es Geh Eva, das Unternehmen, das die DockChain-Technologie kommerzialisiert. „Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Sie nicht darüber nachdenken müssen, welcher Parkplatz aufgeladen werden kann, denn das tun alle. Das ist DockChain“, heißt es auf der Website des Unternehmens Webseite.

„Es ist also keineswegs in Stein gemeißelt, dass große Firmenparkplätze mit einer Vielzahl von Klimapunkten ausgestattet werden müssen. Es handelt sich wohl nur um eine Zwischenlösung“, schreibt Schwarzer.

DC-Laden für Privathaushalte

Schwartzer geht davon aus, dass DC-Laden auch für Elektroauto-Fahrer zu Hause zur Norm werden wird. Das mag kontraintuitiv erscheinen, aber der Grund ist die zunehmende Anzahl von Solaranlagen auf Dächern und Speicherbatterien für Privathaushalte, die alle mit Gleichstrom betrieben werden. Durch den Einsatz von Gleichstrom-Ladegeräten für Privathaushalte können alle diese Elemente den Strom miteinander teilen, ohne dass ein Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt erforderlich ist. Alle Umwandlungen sind mit Verlusten verbunden, und da der Strom mehrmals täglich zwischen Solarmodulen, Elektrofahrzeugbatterien und Wohnbatterien hin- und herfließt, werden diese Verluste erheblich.

Schwartzer sagt, die Automobilindustrie würde sich freuen, wenn sie auf AC-Ladegeräte an Bord verzichten könnte. „Es spielt keine Rolle, von welchem ​​Kontinent der Hersteller kommt. Wenn es gelingt, auf ein Bauteil zu verzichten, das Geld kostet, Bauraum beansprucht und viel wiegt, wird sich die Automobilindustrie darüber freuen. Ein typischer 11-kW-Ladegerät kostet mittlerweile weniger als 200 Euro. Es summiert sich, wenn es millionenfach eingespart werden kann.“

Das wegnehmen

Schwartzer ist sich bewusst, dass DC-Systeme heute teurer sind, glaubt aber, dass Skaleneffekte den Kostenunterschied zwischen AC- und DC-Laden mit der Zeit verringern werden. „Daher ist es plausibel, von Gleichstrom nur in einem Szenario mit 100 Prozent Elektrofahrzeugen auszugehen. Das könnte sehr lange dauern, vielleicht bis 2050. Aber es ist nicht ausgeschlossen.“

Wenn es tatsächlich eine starke Verbreitung gleichstrombetriebener Geräte gibt – Sonnenkollektoren, Wohnbatterien und Elektroautos – ist es sinnvoll, dass sie zusammenarbeiten können, ohne dass eine endlose Umstellung auf Wechselstrom und umgekehrt erforderlich ist. Irgendwo lächelt Thomas Edison.