Ladetechnik

Bidirektionales Laden: E-Autos als Speicher

30.05.2022

Kaum hat man sein Elektroauto aufgeladen, soll es den Strom schon wieder hergeben? Bidirektionales Laden kann der Energiewende einen wertvollen Dienst erweisen. Und die E-Autobesitzer könnten in Zukunft sogar Geld damit verdienen. 

Wenn Autos und Ladeinfrastruktur sich miteinander verständigen, kann das für die Netze und das Stromangebot eine ganze Reihe erwünschter Effekte haben. Für den Besitzer eines E-Autos wären das z.B. materielle Vorteile - sogar, wenn das Auto unbewegt in der Garage steht. Und zwar allein dadurch, dass es einen größeren Verbund bedient – also eine geldwerte Leistung erbringt –, oder dadurch, dass das E-Auto zu Hause erzeugte Sonnenenergie puffert bzw. speichert.

 

So funktioniert bidirektionales Laden

Bidirektional laden bedeutet: laden in beide Richtungen. Ein Elektroauto, das an der Ladesäule oder an der Wallbox hängt, entnimmt dem Netz Strom. Es kann ihn aber auch zurückspeisen, beispielweise zurück in das Stromnetz oder an den Haushalt. 

Da Elektroautos, genauso wie alle anderen Geräte mit integriertem Akku (Smartphones zum Beispiel) nur mit Gleichstrom betrieben werden können, muss der Wechselstrom beim Laden zuhause über den Stromanschluss zuerst in Gleichstrom umgewandelt werden. Dafür sorgen Ladestationen und Wallboxen. Wird das Elektroauto an der heimischen Photovoltaikanlage aufgeladen, benötigt man eine einheitliche Sprache, die zwischen den Komponenten vermittelt. Ein sogenanntes Heim-Energie-Management-System übernimmt diesen Job und sorgt dafür, dass der Stromfluss intelligent verwaltet wird. Mögliche Anwendungsfälle sind, dass nur dann Strom in das E-Auto geladen wird, wenn er aus erneuerbaren Energien, der PV-Anlage stammt oder wenn er besonders günstig ist. Etwa, wenn Stromüberfluss herrscht oder das Netz damit Engpässe ausgleichen kann.

 

Folgende Einsatzgebiete für bidirektionales Laden gibt es:

Vehicle-to-Home – V2H (Fahrzeug zu Haushalt)

Dabei wird der im Elektroauto gespeicherte Strom verwendet, um das Zuhause zu versorgen. Der Wandler in einer Wallbox, die fähig ist, bidirektional zu Laden, wandelt den gespeicherten Gleichstrom wieder in dem vom Haushalt benötigten Wechselstrom zurück.

Lädt das Elektroauto den Strom der hauseigenen Photovoltaikanlage schraubt dies den Eigenverbrauchsanteil in die Höhe. So sparen Nutzer doppelt: Mit ihrem Solarstrom fahren sie gratis. Und sie vermeiden Netzentgelte, die sonst für jede Kilowattstunde anfallen, die ins öffentliche Netz eingespeist wird. Wird der Strom nicht zum Fahren benötigt, kann ihn das Auto wieder ans Haus zurückgeben.

„Vehicle to Grid“– V2G (Fahrzeug zu Stromnetz)

Bei der Nutzung „Vehicle to Grid” (V2G) wird größer gedacht: Hier ist angedacht, möglichst viele Elektroautos ins Stromnetz zu integrieren. Sie dienen dann als Speicher, die Ökostrom ins Netz einspeisen , der sonst ungenutzt verlorenginge. Das ist zum Beispiel sinnvoll, um Stromspitzen wie zu Mittagszeiten, wenn die Menschen kochen, entgegenzuwirken. Lädt das Elektroauto Nachts oder Vormittags, gibt es bei Nichteinsatz die Energie zurück, um das Stromnetz zu entlasten. Generell stehen die meisten Fahrzeuge sowieso fast 90 Prozent des Tages. Für die Besitzer solcher Speicher-Autos würde es dann vermutlich eine Art Aufwandentschädigung geben. Das alles ist aber Zukunftsmusik.

 

Diese E-Autos können das bidirektionale Laden bereits

Bislang beherrschen erst wenige Elektroautos das bidirektionale Laden. Das sind vor allem japanische, aber auch koreanische und chinesische Autos, die mit einem CHAdeMO-Stecker unterwegs sind. Dazu gehören zum Beispiel der Nissan Leaf sowie der Kastenwagen e-NV200 und der Plug-in-Hybrid Outlander von Mitsubishi. Auch bei Hyundai setzt man auf Größe und Platzangebot: Der IQONIQ 5 sieht nicht nur futuristisch aus. Mit seiner 800-Volt-Technik lädt er mit entsprechender Ladestation in bis zu 18 Minuten auf. Das Schwestermodell, der Kia EV6 mit einer Reichweite von bis zu 394 und 528 Kilometern und einer Höchstgeschwindigkeit von 185 km/h beherrscht das bidirektionale Laden ebenfalls. Obwohl der europäische Standard "CCS" bidirektionales Laden bislang noch nicht zulässt, lassen sich der IQONIQ 5 und der EV6 damit laden, auch wenn dieser bisher nicht im Fokus der Entwicklung bei Hyundai und Kia steht.

Hier in Deutschland gehen ebenfalls die ersten Fahrzeuge mit der Trend-Technologie an den Start: Seit 2022 stattet VW den ID.5 serienmäßig mit einem bidirektionalen Ladesystem aus. Weil das auf Basis des modularen E-Antriebs-Baukasten (MEB) passieren soll, werden auch die E-Mobile von Skoda, Seat und Audi Strom sowohl selbst laden als auch ans Netz abgeben können. Noch ein Auto, das aktuell in Deutschland entwickelt wird, kann schon bald bidirektional Strom laden: der Sion des Münchener Start-ups Sono Motors, der in der zweiten Jahreshälfte 2023 ausgeliefert wird.

 

Nur wenige Ladesäulen können bisher bidirektional laden

Nur ausgewählte Wallboxen oder Ladesäulen unterstützen die Zweibahnstraße beim elektrischen Laden. Voraussetzung ist immer, dass das Managementsystem der Batterie im Elektroauto des Fahrzeugs und der Ladepunkt die erforderlichen Parameter austauschen. Solche Wallboxen liegen aktuell noch preislich im vierstelligen Bereich. Sono Motors hat eine entsprechende Wallbox angekündigt, die deutlich preiswerter sein soll und per europäischem CCS lädt und entlädt.

 

Geld im Schlaf dank bidirektionalem Laden verdienen

Mitsubishi sieht die Speicherkapazität des Fahrzeugs als Ergänzung eines stationären Speichers. Denn Autos sind in vielen Fällen tagsüber unterwegs und wollen nachts geladen werden – genau dann, wenn eine PV-Anlage als Quelle keinen Strom einspeist. Das gilt auch für die Wintermonate, wenn es trüb und grau ist. „Die vollgeladene Hybridbatterie des Mitsubishi Outlanders kann in etwa so viel Strom speichern wie eine vierköpfige Familie an einem Tag verbraucht. Das ist aber Zufall. Die Speicherkapazität der Batterie ist so dimensioniert, dass sie eine Reichweite von 40 bis 50 Kilometern hat“, so die Wochenzeitung „Die Zeit“. 

Der Hersteller zeigt sich von seiner Technik überzeugt und gibt eine Garantie von acht Jahren auf die Batterie. Die Amortisationszeit taxiert er auf vier bis acht Jahre. Ähnlich sieht es Nissan: Grob geschätzt 400 Euro könnten Fahrer eines Elektroautos buchstäblich im Schlaf verdienen, wenn ihre Fahrzeuge Strom ins Netz zurückspeisen dürften.

 

Setzt sich das bidirektionale Laden durch?

Die Aussichten für eine schnelle Verbreitung sehen vorläufig nicht ganz so rosig aus. Dennoch sprechen mehrere Faktoren dafür:

  • Im Unterschied zum Verbrenner kann ein Elektroauto seine Standzeiten sinnvoll nutzen: Vier bis sechs Stunden reichen aus, um die Akkus eines Elektroautos bei niedriger Ladeleistung aufzuladen. An Schnellladesäulen genügen meist 30 bis 60 Minuten. In der restlichen Zeit stehen die Akkus als Pufferspeicher zur Verfügung.
  • Sowohl das häusliche Netz über die Wallbox als auch das öffentliche Netz über die Ladesäule können daraus Nutzen ziehen. Der Hausbesitzer, der als „Prosumer“ Strom sowohl erzeugt als auch speichert und verbraucht. Der Netzbetreiber, der seine Kosten fürs Lastmanagement senkt. Unternehmen mit kombinierter Strom- und Wärmeerzeugung können ihre Energie und ihre Fahrzeugflotte besser, effizienter, günstiger nutzen. 
  • Das Elektroauto als universeller Stromspender ist gleichzeitig Motor der Energiewende: Strom wird auch dezentral erzeugt, aus erneuerbaren Energien, und ein flexibles Netz bietet auch materielle Vorteile. 
  • Fahrer von Elektroautos hätten so niedrigere Betriebskosten und erhielten sogar eine Vergütung, wenn sie ihr Auto als temporären Stromspeicher zur Verfügung stellen. Allerdings ist die Infrastruktur noch nicht so weit.

 

E-Auto als Stromspeicher: Forschung und Erprobung

Etliche Projekte erforschen das bidirektionale Laden – in technischer und in wirtschaftlicher Hinsicht. Das 2015 beendete, vom Bund geförderte Projekt INEES („Intelligente Netzanbindung von Elektrofahrzeugen zur Erbringung von Systemdienstleistungen“) zog eine gemischte Bilanz: Eine weitere Verbreitung sei nicht rentabel, technische Weiterentwicklungen und der Wandel des Energiesystems könnten die Wirtschaftlichkeit aber in Zukunft deutlich verbessern, hieß es. 

Zurzeit erproben Autohersteller wie Mitsubishi, Toyota und Honda, wissenschaftliche Einrichtungen und Netzbetreiber, wie Batterien von Elektroautos zur Stabilität des Stromnetzes beitragen können. Die Ergebnisse zeigen, dass Elektromobilität in Zukunft dazu genutzt werden kann, um die wetterabhängige Stromproduktion flexibel zu gestalten und Strom besonders zu Spitzenlasten umzuverteilen. Aktuell fehlt noch eine Plattform, um E-Autos dezentral in das Energiesystem zu integrieren. Damit das in Zukunft möglich ist, braucht es die politischen Rahmenbedingungen, die für eine intelligente und bidirektionale Einbindung von E-Autos ins Energienetz notwendig sind. 

Auch einige kommunale Projekte, etwa in Amsterdam, laufen bereits. In Solingen begegnet man „BOB“, dem Batterie-Oberleitungs-Bus. Er bietet seine Kapazitäten der Infrastruktur an. In Kaiserslautern haben sich neun Partner für die „Digitale Stadt“ zusammengetan und erforschen als „Reallabor“ in einem Quartier das Zusammenspiel aller Aspekte eines künftige integrierten Energiesystems. Ähnlich funktioniert das e-Quartier der HafenCity Hamburg, wenn auch unter einem anderen Blickwinkel: Aus Sicht der Wohnungswirtschaft und des Carsharings (Elektroflotte) ist es sinnvoll, bidirektionales Laden einzubeziehen. 

So könnte es nur noch eine Frage weniger Jahre sein, bis die bidirektionale Ladetechnik flächendeckend zum Einsatz kommt.