Das Elektromobilitätsjahr 2023

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Batterieelektrische Fahrzeuge setzen sich gegenüber Plug-in-Hybriden weiter durch – Korrekt

Zum 1. Oktober 2023 gab es in Deutschland 1,3 Millionen batterieelektrische Fahrzeuge und 900.000 Plug-In-Hybride. Knapp 60 Prozent des elektrischen PKW-Bestands in Deutschland kamen demnach ohne Verbrennungsmotor aus. Schaut man sich die Zahlen der Neuzulassungen von Januar bis Oktober an, ist die Lage mit 75 Prozent rein batterieelektrischer PKW sogar noch eindeutiger. Bei Vergleich beider Werte mit dem Vorjahr wird deutlich, dass diese mit 53 Prozent im Bestand und 55 Prozent bei den Neuzulassungen deutlich niedriger lagen. Wasserstoff-PKW spielen dabei nach wie vor mit 2100 zugelassenen PKWs keine Rolle, was sich nach aktueller Studienlage auch in Zukunft nicht ändern wird.

Ursächlich für die positive Marktentwicklung sind immer günstiger werdende E-Fahrzeuge, welche gleichzeitig Praxisanforderungen wie Reichweite immer besser erfüllen können. Die Nische für Plug-in-Hybride wird dadurch zunehmend kleiner und der Use Case für Wasserstoff-PKW entfällt komplett. Der starke Preisverfall lässt sich unter anderem auf einen aggressiven Preiskampf von Tesla zurückführen. Neuwagenpreise wurden zu Jahresbeginn um bis zu ein Fünftel gesenkt, was auch andere Hersteller gezwungen hat, hier zu reagieren und ebenfalls die Preise zu senken. Die Streichung der Förderung für E-Autos zum 17. Dezember hatte dabei noch keine Auswirkung auf die hier vorgestellten Zahlen.

Schnellladung wird im öffentlichen Bereich immer wichtiger – Korrekt

In Deutschland wurden bis einschließlich Juli 13.700 öffentliche Ladepunkte in Betrieb genommen. Davon waren 3074 oder 22,4 Prozent Ladepunkte mit einer Leistung von über 50 Kilowatt. Im Vorjahr lag diese Quote im selben Zeitraum noch bei 18,2 Prozent. Bedenkt man zusätzlich, dass ein Schnellladepunkt mit 150 Kilowatt Leistung etwa 3,6 mal mehr Energie umsetzt, als ein klassischer Ladepunkt mit 22 Kilowatt, wird dieser Unterschied noch einmal dramatischer.

Die Gründe für diese Entwicklung sind dabei vielfältig:

  • Schnellladestationen erzielen deutlich bessere Margen und können mehr Energie umsetzen, weswegen sie für Betreiber deutlich attraktiver sind.
  • Nahezu jedes neu zugelassene batterieelektrische Fahrzeug verfügt über einen DC-Schnellladeanschluss.
  • Die größer werdenden Batterien ermöglichen höhere Ladeleistungen. Hierbei gibt das Verhältnis von energetischer Kapazität zu Ladeleistung die Ladedauer und damit die spezifische Belastung für die Batterien an. Diese ist bei gleicher Leistung umso geringer, je größer die Batterie ist.

Vehicle-to-Home schafft es als erste bidirektionale Anwendungen in den Massenmarkt – Falsch

Alle namhaften Fahrzeug- und Ladeinfrastrukturhersteller beschäftigen sich mit dem Thema bidirektionalem Laden und es werden weiterhin Tests und Projekte durchgeführt. Das Thema Vehicle-to-Home ist aber entgegen unserer Erwartungen bisher noch nicht im Massenmarkt angekommen.

Ein Grund hierfür sind eine aufwändige Kommunikationskette zwischen verschiedenen Komponenten und vermutlich die geringen Effizienzwerte der Ladegeräte bei niedrigen Leistungen. Dieses Phänomen tritt grundsätzlich bei Leistungselektronik auf, wird aber bei Fahrzeugen dadurch verschärft, dass geforderte Ladeleistungen mit etwa 11 Kilowatt deutlich höher sind als ein durchschnittlicher Hausverbrauch von wenigen hundert Watt. Auch wenn uns keine umfassende Studie zu Entladeeffizienzen von Fahrzeugen bekannt ist, konnte die DTU zeigen, dass die Effizienz der Beladung bei niedrigen Leistungen von etwa 1,3 Kilowatt bei einigen Fahrzeugen 65 Prozent ist und bei keinem Modell besser als 90 Prozent war. Da im Haushalt nochmal niedrigere Leistungen benötigt werden, kann die Effizienz nicht besser werden.

Schwerpunkt Ladeinfrastruktur in der Magazinausgabe November 2023

Cover pv magazine Deutschland 4/2023

Auf 27 Seiten berichten wir über die Produkttrends, Aufbau von Ladeinfrastruktur und den Stand zu bidirektionalem Laden (Premium Content, zum Shop):

Die Produktdatenbank der pv magazine Marktübersicht Wallboxen und Ladesäulen finden Sie hier

 

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Anker Solix x1 Energy Storage Heimspeicher DC gekoppeltetr Batteriepseicher
Anker Solix steigt in den Markt stationärer Heimspeicher ein
12 Juli 2024 Mit dem Produkt "Anker Solix X1" zeigt Anker Solix ein Heimspeichersystem, das anders als die anderen Produkte des Herstellers keine portable Speicher...

Technisch sind die niedrigen Effizienzen lösbar, indem z.B. beim Vehicle-to-Home Betrieb nicht notwendige Geräte abgeschaltet werden oder spezielle bidirektionale Ladestationen genutzt werden. Aufgrund der langen Produktentwicklungszyklen ist es schwer abzusehen, wann solche Verbesserungen realistischerweise umgesetzt werden könnten. Aktuell erreichen nach unserem Kenntnisstand viele Fahrzeughersteller auch bei sich noch in der Entwicklung befindlichen Fahrzeugen keine ausreichend niedrigen Standby-Verluste, um Vehicle-to-Home attraktiv zu machen. Von ersten Fahrzeugen mit wenigen Watt Verbrauch wurde uns aber bereits berichtet und wir sind gespannt, was in Zukunft noch auf den Markt kommen wird. Eine Alternative dazu ist, aus dem Fahrzeug stattdessen einen PV-Heimspeicher mit hoher Leistung zu beladen und den Haushaltsverbrauch dann aus ebendiesem zu decken. Solche Konzepte werden von einigen Akteuren bereits angeboten, beinhalten aber natürlich auch erhebliche Verluste durch die mehrfache Speicherung.

Eine letzte Herausfoderung bei Vehicle-to-Home sind die langen Betriebsstunden. Heutzutage werden bei Verbrennerfahrzeugen viele Fahrzeugkomponenten auf etwa 8000 Betriebsstunden ausgelegt. Wenn das Fahrzeug aber entweder genutzt wird oder am Haus im Vehicle-to-Home-Betrieb ist, könnten über eine übliche Fahrzeuglebensdauer von 10 bis 15 Jahren bis zu 100.000 Betriebsstunden erreicht werden. Hier müssen viele Komponenten neu ausgelegt werden, um diese Belastung bewältigen zu können.

Intelligentes Laden kommt schneller als bisher gedacht – Korrekt

Durch die Energiekrise im Kontext des russischen Angriffs auf die Ukraine sowie dem wachsenden Anteil fluktuierender erneuerbarer Stromerzeuger sind die Schwankungen am Strommarkt stark gestiegen bei gleichzeitig einem insgesamt höheren Preisniveau. Auch wenn die Preise sich langsam normalisieren, ist eine Rückkehr auf das Nivaeu des letzten Jahrzehnts unwahrscheinlich. Dieser Umstand macht intelligentes Laden sehr attraktiv.

Dabei hat das Jahr gezeigt, dass grundsätzlich zwei verschiedene Bereiche fokussiert werden. Gerade im Privatkundensegment treten Akteure wie Tibber, 1Komma5 und Octopus aktuell mit großer Präsenz auf und bauen eine Kundenbasis für indexbasierte Verträge auf. Dabei wird Kund:innen jeweils am Vortag eine Preiszeitreihe (meist orientiert am Preis der Intraday Auction oder des Day-Ahead-Markts) übermittelt, welche die Strompreise zum jeweiligen Zeitpunkt enthält. Dieser Ansatz zielt nicht alleinig auf Fahrzeuge, sondern setzt den Preis für sämtliche Stromverbräuche im Haushalt. Eine Optimierung des Ladeverhaltens ist bei einer solchen Preisstruktur sehr attraktiv. Ein alternativer Ansatz wurde von The Mobility House Ende Oktober präsentiert, bei der zwar ein fester Strompreis gilt, aber das Fahrzeug im Hintergrund von The Mobility House kontinuierlich am Strommarkt vermarktet wird und auf verschiedene Strommärkte hin optimiert geladen wird. Diese Flexibilität wiederum wird dann in Form von sog. FlexCoins vergütet. Beide Ansätze sind Varianten von intelligentem Laden und stellen dem Stromsystem Flexibilität bereit. Herausfordernd ist allerdings, dass das „Gesetz zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende“ erst ab 2025 die Möglichkeit schafft, dass Kund:innen sich für maximal 20 Euro pro Jahr ein Smart Meter einbauen lassen können. Bis dahin erscheint es wahrscheinlich, dass die genannten Firmen (und andere) den Einbau von Smart Metern aus eigenem Budget subventionieren. Dieser Ansatz ist aber nur begrenzt skalierbar.

Die zweite Variante von intelligentem Laden fokussiert sich auf Ladeparks oder andere größere (private) Ladestationen. Hier werden Steuerungseinheiten oftmals lokal platziert, welche primär sicherstellen, dass der maximale Strombezug das Netz nicht überlastet. Dazu werden aber auch vermehrt Produkte und Features angeboten, welche zusätzlich auf den Strompreis optimieren. Hier sind grundsätzlich beide vorher vorgestellte Varianten möglich (index-basiert oder kontinuierliche Vermarktung).

Konferenz „Vehicle-to-Grid und Smart Charging“

Die RWTH Aachen veranstaltet die Konferenz Vehicle-to-Grid und Smart Charging im April 2024 in Münster. Dabei diskutieren wir mit den Führungspersönlichkeiten aus dem Bereich, wie wir Intelligentes Laden und Bidirektionales Laden zu Kund:innen bringen können.

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Der Schwerlastverkehr wird elektrisch – Zeitschiene unklar

Im Januar haben wir Projekte und Pläne vorgestellt, die klar in Richtung batterieelektrischer LKWs für den Schwerlastverkehr gezeigt haben. Im Jahresverlauf gab es auch einiges an Bewegung im Markt. Um zwei Beispiele zu nennen: Daimler Truck hat den neuen eActros 600 vorgestellt und Volvo präsentierte ein Update existierender Mittelklasse-LKW. Allerdings konnte die angekündigte Ausschreibung für ein LKW-Schnellladenetz nicht – wie damals angekündigt – in Q4 2023 durchgeführt werden. In der Branche wird aktuell erwartet, dass eine Ausschreibung frühestens in der Jahresmitte 2024 starten wird, wobei für uns unklar ist, ob die aktuelle Haushaltskrise hier nochmal für Verzögerungen sorgt. In 2022 wurde außerdem das Joint Venture milence von Traton, Daimler und Volvo gegründet, um 1700 Schnellladepunkte in Europa zu schaffen. Allerdings konnte trotz der üppigen angekündigten Finanzierung von 500 Millionen Euro bisher nur ein Ladehub in Venlo, Niederlande in Betrieb genommen werden.

Grundsätzlich sind die Rahmenbedingungen in diesem Punkt ähnlich zu denen zu Jahresbeginn, aber ein schneller Aufbau von LKW-Schnellladeinfrastruktur mit MCS-Standard ist absolut notwendig, damit dieser Technologiesprung möglich wird.

Die Modellvielfalt wird weiter steigen – auch durch chinesische Anbieter – Teils korrekt

Auch 2023 wurden einige neue Fahrzeugmodelle vorgestellt. Eine detaillierte Auflistung würde an dieser Stelle den Rahmen sprengen. Ein Marktsegment, was aber leider nahezu verschwindet sind die günstigen Elektroautos. Der ADAC berichtet von lediglich drei Fahrzeugen unter 30.000 Euro, auch wenn einige chinesische Hersteller aufgrund fehlender Daten nicht in den Vergleich aufgenommen werden konnten. Zwar wurden unter anderen mit dem VW ID.2 oder dem Citroen e-C3 weitere Modelle angekündigt, aber hier ist der Verkaufsstart zum Teil weit in der Zukunft. Ein Pionier der kleinen und erschwinglichen E-Autos – Smart – hat sich mit dem über 40.000 € teuren Smart #1 aber aus diesem Segment verabschiedet. Insgesamt lässt sich also sagen, dass sich die Modellvielfalt am oberen Ende der Preisskala vergrößert, am unteren aber noch Lücken bestehen. Insbesondere der Wegfall der Kaufprämie verstärkt die Entwicklung hoher Preise.

Was hat sich sonst noch so getan?

Neben den erwarteten Trends, gab es im Jahr 2023 weitere Entwicklungen, die wir damals nicht erwähnt haben. Diese möchten wir im Folgenden kurz beleuchten.

Insolvenzen und finanzielle Nöte

Schon Ende 2022 musste der Ladestationshersteller Compleo Insolvenz anmelden; Im Juni kam dann auch noch ABL hinzu. Auch die Firma Easee ist aufgrund von Sicherheitsmängeln in finanzielle Schieflage geraten. Bei den Fahrzeugherstellern sind dieses Jahr das Münchener Jungunternehmen Sono Motors, das Mutterunternehmen B-ON des Aachener Unternehmens StreetScooter und der schwedische e-LKW-Hersteller Volta Trucks aus unterschiedlichen Gründen in die Insolvenz gerutscht. Aufgrund des gebremsten Wachstums sowie der hohen Anzahl kleiner Unternehmen ohne wirksame Skaleneffekte gehen wir davon aus, dass es zu einer weiteren Marktkonsolidierung kommen wird. Mögliche Varianten sind hierbei Übernahmen, Insolvenzen oder White-Label-Lösungen.

Verlangsamung des Wachstums

In den letzten Jahren konnten die Fahrzeughersteller den Bedarf an e-Autos mit vorhandenen Produktionskapazitäten nicht decken und Wartezeiten von Monaten und Jahren waren durchaus üblich. Dass Ende Juni VW verkündet hat, die Produktion im Werk Emden zu drosseln, wirkt daher erst einmal sonderbar. Allerdings hat sich im gesamten Markt gezeigt, dass die Zulassungszahlen zwar weiterhin bei rein batterieelektrischen Fahrzeugen steigen, allerdings konnte dies den Einbruch bei Plug-In Hybriden nicht kompensieren. Auch wenn in 2023 etwas mehr Elektrofahrzeuge zugelassen wurden als im Vorjahr, ist das prozentuale Wachstum deutlich gesunken. Unsere Aussagen beziehen sich dabei auf den deutschen Markt. Leider liegen uns aktuell keine finalen Zahlen zur internationalen Entwicklung vor.

Ankündigungen bei Batterietechnologie

In diesem Jahr standen gleich zwei neuartige Batterietechnologien im Fokus: Feststoffbatterien und Natrium-Ionen-Batterien.

Feststoffbatterien versprechen verbesserte Energiedichte und Ladeleistung, sind aber heutzutage noch weit von einer Serienreife entfernt. Mitte des Jahres wurde von Toyota verkündet, dass man einer Serienproduktion nah sei und ab 2027 eine Kommerzialisierung anstrebe. In den darauffolgenden Monaten haben sich allerdings deutliche Risse in den Ankündigungen sowohl mit Blick auf Anzahl der Fahrzeuge als auch Produktionsstart gezeigt. Andere Automobilkonzerne haben in der Zwischenzeit ähnliche Zeitpunkte und Produktionsvolumina für eigene Produkte als realistisch angekündigt.

Natrium-Ionen-Batterien wiederum versprechen aufgrund günstiger Rohmaterialien – Natrium, Eisen, Phosphor – ein Kostensenkungspotenzial bei geringerer Energiedichte. Relevant ist dabei insbesondere, dass die beiden teuersten Materialien – Lithium und Kobalt – entfallen. Getrieben wird diese Entwicklung primär durch den weltweit größten Batteriehersteller CATL, welcher schon 2021 einen Durchbruch bei Natrium-Ionen-Batterien verkündet hatte. Im März wurde ein weiterer wichtiger Meilenstein erreicht, als der chinesische Hersteller JAC Motors und Volkswagen mit dem Hua Xianzi den ersten PKW mit solchen Batterien vorstellten. Im April wurde von CATL wiederum  Chery Motors als erster Kunde verkündet.  Dennoch muss zunächst bewiesen werden, dass das Kostensenkungspotenzial in der Skalierung gehoben werden kann und die Batterien sich auch im Feldbetrieb beweisen. Dabei ist insbesondere die Durchsetzung gegen zeitgleich immer günstigere Lithium-Ionen-Batterien ein nicht zu unterschätzendes Hindernis. Gerade Lithium-Eisenphosphat-Batterien nutzen auch sehr günstigere Materialien, da kein Kobalt verwendet wird. Sie werden trotz ihrer geringen Energiedichte zurzeit vermehrt eingesetzt. Während sie im stationären Speichermarkt bereits führend sind, haben sie in den letzten Jahren auch beträchtliche Marktanteile im Elektrofahrzeugbereich erschlossen. Diese Entwicklungen zeigen, dass die Kostensenkung (und nicht mehr die Steigerung der Energiedichte) der zentrale Treiber für eine Marktdurchdringung ist.

Christopher Hecht ist Data Scientist bei The Mobility House und Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik der RWTH Aachen. Seine Arbeit konzentriert sich auf die Interaktion von Elektrofahrzeugen und dem Stromnetz mit besonderem Fokus auf die Nutzung von Ladeinfrastruktur. Themenfelder sind intelligentes Laden und Vehicle-to-Grid.

 

Jan Figgener (LinkedIn) ist Abteilungsleiter am Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik der RWTH Aachen und unterstützt ACCURE Battery Intelligence bei Analysen rund um den Batteriespeichermarkt. Seine Forschungsschwerpunkte sind die Marktentwicklung, die Netzintegration und die Alterung von Batteriespeichern.

 

 

Dirk Uwe Sauer leitet den Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik der RWTH Aachen und ist seit fast 30 Jahren im Bereich Batterien und Energiesysteme aktiv. Zusammen mit einem Team von 70 Angestellten deckt er Themen von elektrochemischen Prozessen in einer Batteriezelle bis zur Analyse ganzer Energiesysteme ab.

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