So kann man mit dem Schnellladen von Elektroautos Geld verdienen.
Die maximale Leistung eines Ladegeräts ist nur ein Teil der Gleichung. Für den Betreiber ist entscheidend, wie viele Fahrzeuge er bedienen kann, wie viel Energie er verkauft und wie effektiv er die ihm zur Verfügung stehende Leistung nutzen kann.
Wenn ein Unternehmen eine neue Schnellladestation ankündigt, ist eine der Zahlen, die am meisten Aufmerksamkeit erregt, die Leistung seiner Ladegeräte: 150, 200, 300, 350 oder sogar 400 kW.
Auf den ersten Blick scheint das einfach zu sein. Je mehr kW, desto besser ist die Station.
Doch um zu verstehen, wie das Geschäft mit der öffentlichen Ladung tatsächlich funktioniert, muss man mehr als nur diese Zahl betrachten. Eine Station verdient kein Geld dadurch, dass auf einem Ladegerät viele Kilowatt angegeben sind. Sie benötigt Fahrzeuge, die sich anschließen können, die weiter laden und vor allem Energie verbrauchen.
Dort taucht eine Frage auf, die die Art und Weise, wie man diese Ladeanlagen versteht, erheblich verändert: Es kann interessanter sein, über viele Stationen zu verfügen, die intelligent eine bestimmte Leistung teilen, anstatt nur wenige Lader zu installieren, die enorme kW-Werte liefern können.
Genau das hat eine von Kempower durchgeführte Analyse öffentlicher Stationen in Nordamerika gezeigt, die mit ihrer ChargEye-Plattform verbunden sind. Laut ihren Daten steht die Anzahl der Steckdosen in einem Verhältnis zur Nutzung der Stationen, das etwa dreimal so hoch ist wie die installierte Gesamtleistung.
Um zu verstehen, warum das der Fall ist, muss man zunächst zwei grundlegende Begriffe unterscheiden.
Die kW geben die Geschwindigkeit an; die kWh sind die Energie, die schließlich von der Ladestation verkauft wird.
Ein Lader mit 300 kW kann unter bestimmten Bedingungen Energie an das Auto mit einer maximalen Leistung von 300 Kilowatt liefern.
Doch die kW messen die Leistung, also die Geschwindigkeit, mit der diese Energie übertragen werden kann.
Die kWh hingegen messen die Menge der gelieferten Energie.
Einfach ausgedrückt wären die kW etwas wie das maximale Durchflussvermögen eines Hahns, während die kWh die Menge des Wassers darstellen, das schließlich durch ihn geflossen ist.
Für ein Unternehmen, das eine Ladestation betreibt, ist dieser Unterschied von grundlegender Bedeutung.
Ihr Geschäft hängt in hohem Maße von der Energie ab, die Sie den Fahrzeugen liefern und verkaufen können, die an Ihren Anlagen vorbeifahren. Zudem müssen Sie Lader, Bauten, Transformatoren, Leistungselektronik, die elektrische Anbindung, Wartung, die Miete des Geländes sowie alle anderen mit der Station verbundenen Kosten abschreiben.
Deshalb kann es ein schlechter Geschäftsentschluss sein, eine Anlage zu besitzen, die eine sehr hohe Leistung bieten kann, diese aber nur wenige Stunden am Tag genutzt wird.
Die wirtschaftlichen Analysen des National Renewable Energy Laboratory (NREL), eines der wichtigsten Forschungszentren des US-Energieministeriums für erneuerbare Energien, Energieeffizienz und nachhaltige Mobilität, zeigen genau, dass die Nutzung eines Faktoren von zentraler Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit einer Schnellladestrominfrastruktur ist. Je weniger eine Hochleistungsanlage genutzt wird, desto schwieriger fällt es, die Kosten auf die tatsächlich gelieferten kWh aufzuteilen.
Stellen wir uns eine Station mit 600 kW vor
Genau hier wird es anhand eines Beispiels am besten verständlich.
Nehmen wir an, ein Betreiber verfügt über eine Anlage, die insgesamt 600 kW Leistung liefern kann.
Er könnte sie, sehr vereinfacht dargestellt, auf zwei Arten konzipieren.
Die erste Möglichkeit wäre es, zwei Anschlüsse zu installieren, die jeweils bis zu 300 kW liefern können.
Falls zwei Autos ankommen, die diese Leistung aufnehmen können, könnten sie theoretisch die verfügbaren 600 kW teilen.
Aber gleichzeitig können nur zwei Fahrzeuge aufgeladen werden.
Nun stellen wir uns eine andere Möglichkeit vor.
Derselbe Betreiber behält die Gesamtleistung von 600 kW bei, installiert jedoch sechs Ladepunkte und verwendet ein System, das die Leistung dynamisch zwischen ihnen verteilen kann.
Es müssen nicht mehr zwangsläufig 100 kW dauerhaft für jedes Auto reserviert sein.
Das System beobachtet, was jedes Fahrzeug zu jedem Zeitpunkt benötigt, und verteilt die verfügbaren 600 kW auf alle Fahrzeuge.
Es kann beispielsweise ein Auto 180 kW, ein anderes 140 kW, ein weiteres 100 kW, ein weiteres 80 kW erhalten, während zwei weitere Fahrzeuge eine geringere Leistung nutzen.
Die konkreten Zahlen dienen lediglich zur Veranschaulichung, helfen aber dabei, das Prinzip zu verstehen: Die Leistung gehört der Station und das System entscheidet, wie sie unter den verbundenen Fahrzeugen aufgeteilt wird.
Falls es nur zwei Fahrzeuge gibt und beide eine hohe Leistung aufnehmen können, erhalten sie einen erheblichen Anteil dieser 600 kW.
Kommen weitere Fahrzeuge hinzu, wird die Leistung unter ihnen aufgeteilt.
Der Schlüssel liegt darin, dass die Fahrzeuge nicht die ganze Zeit ihre maximale Leistung benötigen.
Hier tritt das zweite grundlegende Element in Erscheinung.
Ein Fahrzeug, das eine maximale Ladeleistung von 250 kW angibt, verbraucht nicht unbedingt die ganze Zeit über 250 kW von dem Moment an, in dem es verbunden wird, bis die Ladung abgeschlossen ist.
Tatsächlich tut es das normalerweise nicht.
Die Batterie kann während eines bestimmten Teils der Ladezeit diese maximale Leistung erreichen, danach beginnt sie jedoch, sie zu verringern.
Das ist das, was wir als Ladekurve kennen.
Ein Fahrzeug kann mit 220 kW starten, anschließend auf 180 kW wechseln, danach auf 130 kW und schließlich bei zunehmendem Ladezustand der Batterie deutlich geringere Leistungen nutzen.
Auch die Temperatur, der anfängliche Batteriestand, das Kühlsystem sowie die elektrische Architektur des Fahrzeugs beeinflussen diese Kurve.
Dies führt zu einer interessanten Situation.
Falls eine Ladesäule ständig 300 kW für ein Auto reserviert, das zu diesem Zeitpunkt nur 100 kW benötigt, kann ein Teil dieser verfügbaren Kapazität ungenutzt bleiben.
Mit einer verteilt arbeitenden Leistungsarchitektur kann diese Kapazität einem anderen Auto zugewiesen werden.
Und wenn dieses zweite Fahrzeug seine Nachfrage verringert, kann diese Leistung erneut an ein drittes Fahrzeug weitergeleitet werden.
Der Lader ist nicht mehr eine Insel
Das ist einer der grundlegenden Unterschiede zwischen einer Anlage aus unabhängigen Ladern und einer, die auf einer gemeinsamen Leistungskonstruktion beruht.
Im ersten Fall kann jeder Lader über seine eigene Leistungselektronik sowie eine bestimmte Kapazität verfügen.
Im zweiten Fall können mehrere Ladepunkte von einer gemeinsamen Infrastruktur versorgt werden, die die verfügbare Leistung je nach Bedarf des jeweiligen Autos verteilt.
Kempower vertreibt beispielsweise derzeit Systeme, bei denen eine 600 kW starke Leistungseinheit bis zu 12 Ladepunkte versorgen kann und die Kapazität dynamisch zwischen ihnen aufteilt.
Das bedeutet jedoch nicht, dass zwölf Autos gleichzeitig jeweils 600 kW erhalten können.
Es bedeutet genau das Gegenteil: Es steht eine bestimmte Menge an Leistung zur Verfügung, die intelligent zwischen zahlreichen Fahrzeugen aufgeteilt wird.
Vom Standpunkt des Betreibers aus ermöglicht dies es, die bereits installierte Kapazität länger zu nutzen.
Mehr verbundene Autos können mehr verkaufte kWh bedeuten
Kommen wir zu unserem Beispiel zurück.
Eine Station mit zwei 300 kW starken Ladepunkten kann maximal zwei Autos gleichzeitig bedienen.
Falls vier Fahrzeuge ankommen, müssen zwei warten, auch wenn die gerade ladenden Autos nicht ständig die 300 kW nutzen, die die Ladegeräte liefern könnten.
In einer Anlage mit sechs Ladepunkten und insgesamt 600 kW könnten alle vier Fahrzeuge angeschlossen werden.
Möglicherweise erhält kein Fahrzeug dauerhaft 300 kW, aber die Station könnte einen weitaus größeren Anteil ihrer insgesamt 600 kW liefern.
Und für das Geschäft ist das sehr wichtig.
Mehr verbundene Fahrzeuge können mehr Ladevorgänge, längere Nutzung der Infrastruktur sowie mehr kWh im Laufe des Tages bedeuten.
Das hilft, die von Kempower veröffentlichten Ergebnisse zu erklären. An den in Nordamerika untersuchten Stationen zeigten jene, die dezentrale Ladeverfahren nutzten, im Durchschnitt eine um 83 % höhere Nutzung als Anlagen mit festen Leistungskonfigurationen.
Genau das ist das kommerzielle Argument des Unternehmens: Eine einzige Elektrikinfrastruktur soll gleichzeitig mehr Autos bedienen und mehr Energie liefern können.
Für den Fahrer kann es ebenfalls besser sein, auch wenn er nicht immer mit der maximal möglichen Leistung lädt.
Vom Standpunkt des Nutzers aus sieht die Situation anders aus.
Stellen wir uns vor, wir sind unterwegs und können zwischen zwei Ladestationen wählen.
Die erste verfügt über zwei Lader mit 300 kW.
Die zweite hat sechs Ladepunkte, die dynamisch 600 kW bereitstellen.
Falls wir bei der ersten ankommen und beide Lader belegt sind, nützen uns die 300 kW nichts. Wir müssen warten.
An der zweiten haben wir deutlich mehr Chancen, einen freien Ladepunkt zu finden und sofort mit dem Aufladen zu beginnen.
Es kann vorkommen, dass unser Auto 150 oder 180 kW erhält anstelle der 250 kW, die es unter idealen Bedingungen erreichen könnte.
Aber sofort mit einer Ladeleistung von 150 kW zu beginnen kann dazu führen, dass wir unsere Reise früher beenden, anstatt 15 Minuten zu warten, um anschließend einen Lader mit 300 kW zu nutzen.
Deshalb erklärt die maximale Leistung für den Fahrer allein nicht, wie gut eine Ladestation ist.
Ebenso müssen berücksichtigt werden, wie viele Ladepunkte vorhanden sind, wie viele funktionieren, wie viele belegt sind und welche Leistung die Ladestation tatsächlich liefern kann, wenn mehrere Fahrzeuge gleichzeitig laden.
Aber das bedeutet auch nicht, dass die Leistung keine Bedeutung mehr hat
Es wäre ein Fehler, dieses Argument ins Gegenteil zu verkehren.
Die Lösung besteht nicht einfach darin, Dutzende von Anschlüssen zu installieren und eine unzureichende Leistung auf sie zu verteilen.
Falls eine Ladestation 600 kW zur Verfügung hat und gleichzeitig viele Fahrzeuge mit hohem Leistungsbedarf ankommen, muss diese Kapazität aufgeteilt werden, wodurch die individuelle Ladegeschwindigkeit abnehmen kann.
Zusätzlich steigern die modernsten Elektroautos ihre Ladeleistungen rasant.
800-Volt-Architekturen sowie neue Batteriegenerationen ermöglichen es, über einen erheblichen Teil der Ladezeit immer höhere Leistungen beizubehalten.
In stark nachgefragten Ladeinfrastrukturen, insbesondere bei Langstreckenfahrten, bleibt eine ausreichende Gesamtleistung unverzichtbar.
Deshalb sollte die Frage nicht als Wahl zwischen Leistung oder Anzahl der Ladesäulen gestellt werden.
Der Schlüssel liegt darin, das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Faktoren zu finden.
Eine Ladestation gleicht immer weniger einer Tankstelle
Auch gibt es einen grundlegenden Unterschied zum herkömmlichen Tanken.
Wenn ein Auto eine Tankstelle betritt, versorgt die Zapfsäule den Kraftstoff mit einem relativ konstanten und vorhersehbaren Tempo.
Beim elektrischen Laden verhält sich jedes Auto unterschiedlich.
Eines kann 250 kW anfordern.
Das daneben stehende Auto nur 80 kW.
Fünf Minuten später kann das erste Auto auf 150 kW heruntergeregelt worden sein, während ein drittes Fahrzeug ankommt, das bereit ist, mehr als 200 kW zu erhalten.
Die Station muss ständig diese Anfragen bewältigen und gleichzeitig die verfügbare Verbindungsleistung optimal nutzen.
Dadurch werden Energiemanagement und Software zu einem immer wichtigeren Bestandteil einer Schnellladestation.
Es geht nicht einfach darum, Pfosten zu installieren, die eine bestimmte Leistung liefern können.
Es geht darum, zu entscheiden, wie eine begrenzte elektrische Kapazität unter zahlreichen Fahrzeugen aufgeteilt werden soll, deren Leistungsbedarf ständig variiert.
Und hier liegt wirklich der Clou
Kempowers Nachricht wird aus dieser Perspektive viel besser verständlich.
Das Unternehmen behauptet nicht, dass ein Ladegerät mit 100 kW besser sei als eines mit 350 kW oder dass die Fahrzeuge langsamer laden müssten.
Stattdessen argumentiert es, dass es für einen Betreiber sinnvoll sein kann, mehr Fahrzeuge anzuschließen und die verfügbare Leistung intelligent zu verteilen, um eine sehr kostspielige Investition besser nutzen zu können.
Das kann sich wiederum in mehr gelieferter Energie, mehr Ladevorgängen und einer schnelleren Amortisation der Investition auswirken.
Man sollte außerdem bedenken, dass Kempower ein offensichtliches wirtschaftliches Interesse an diesem Ergebnis hat.
Das Unternehmen verkauft gerade solche Systeme zur dezentralen Ladeinfrastruktur, und die Analyse stammt von amerikanischen Ladestationen, die mit seiner eigenen Plattform ChargEye verbunden sind. Ihre Ergebnisse zeigen zudem nur eine Korrelation – es bedeutet nicht, dass der Einbau mehr Ladepunkte automatisch zu einer höheren Nutzung führt.
Eine Ladestation mit acht Ladepunkten kann einfach deshalb mehr Nutzungen verzeichnen, weil sie an einem Ort mit viel höherem Bedarf liegt als eine mit zwei Ladepunkten.
Deshalb sollten die Daten nicht als universelles Rezept interpretiert werden.
Sie dienen jedoch dazu, eine Frage aufzuwerfen, die mit zunehmender Anzahl von Elektrofahrzeugen immer wichtiger werden wird.
Die beste Ladestation muss nicht unbedingt die sein, die den höchsten Wert in kW anzeigt.
Bis jetzt haben wir gelernt, die Schnellladung hauptsächlich anhand einer Zahl zu vergleichen:
150 kW.
250 kW.
350 kW.
400 kW.
Aber eine Ladestation ist weitaus komplexer.
Um zu wissen, ob sie gut konzipiert ist, müsste man auch ihre gesamte verfügbare Leistung, die Anzahl der Ladepunkte, wie diese Leistung verteilt wird, was passiert, wenn alle Punkte belegt sind, ihre tatsächliche Verfügbarkeit sowie die Menge an Energie kennen, die sie im Laufe des Tages liefern kann.
Für den Betreiber bestimmen diese Faktoren, wie gut er von seiner Investition profitiert.
Für den Nutzer können sie etwas noch Einfacheres entscheiden: Ob er ankommt, sich anschließen und seine Fahrt fortsetzen kann oder warten muss, bis ein anderes Auto fertig ist.
Dies erklärt, warum eine Station mit sechs oder acht richtig dimensionierten Steckdosen unter bestimmten Bedingungen nützlicher und auch rentabler sein kann als eine andere mit nur zwei Ladegeräten, die zwar eine beeindruckende maximale Leistung aufweisen können.