Если все ваши данные имеют одинаковую форму, то я не вижу смысла использовать для этого списки панд DataFrames.
Наибольшая производительность, которую вы можете получить из Python с наименьшими затратами, - это просто сложить кадры данных в трехмерный массив измерений Numpy (3000, 3000, 5000), а затем выполнить суммирование по последней оси.
Поскольку для этого требуется> 360 ГБ ОЗУ (по крайней мере, 180 ГБ для загруженных фреймов данных, 180 ГБ для стекового массива Numpy), это, вероятно, выходит за рамки обычной рабочей нагрузки рабочего стола, и вы можете воспользоваться инструментами для работы с большими данными, так как упоминается в комментариях.