Bidirektionales Laden –Batterie vom E-Auto auch als Stromspeicher nutzen

Grundsätzlich kann jeder Akku aufgeladen werden und die gespeicherte Energie dann wieder abgeben. Das gilt selbstverständlich auch für E-Autos. Der Strom fließt also in beide Richtungen: Aus der PV-Anlage oder dem Netz in die Fahrzeug-Batterie und von da in den Antrieb des Elektroautos. In der Batterie lässt sich nur Gleichstrom speichern, der Elektromotor wird aber mit Wechselstrom angetrieben. Damit das funktioniert, wandelt ein Wechselrichter (auch als Inverter bezeichnet) den Gleichstrom der Fahrzeugbatterie in Wechselstrom um. Das Bauelement kann dabei im Auto selbst oder in der Wallbox installiert sein. Grundsätzlich ist somit die technische Voraussetzung dafür vorhanden, dass der Strom auch wieder ins Netz geladen werden kann.

Bidirektionales Laden (gern auch als „bidi-Laden“ abgekürzt) erfordert darüber hinaus jedoch den Zugriff auf die Batteriedaten des Fahrzeuges. Das Lademanagement des Haushaltes oder des Stromnetzes muss den Batteriestatus auslesen können, unabhängig davon, um welche Marke und welches Modell eines Elektrofahrzeuges es sich handelt. Das bidirektionale Laden erfordert also eine Einbindung des Elektrofahrzeugs, um Strom zielgerichtet und bedarfsorientiert auch aus der Fahrzeugbatterie entnehmen zu können.

V2H: Rückspeisung ins Hausnetz

Beim V2H erfolgt die Rückspeisung vom Fahrzeug (vehicle) in das lokale Netz, also den Bereich „hinter“ dem Netzeinspeisepunkt für das öffentliche Netz. Der große Vorteil dabei ist, dass das Elektroauto die Funktion des Heimspeichers übernimmt, d.h., vorhandene Überschüsse speichert, um den selbst erzeugten Solarstrom dem Haushalt zu einem späteren Zeitpunkt zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise lässt sich der Eigenverbrauch an Solarstrom erhöhen und teurer Netzstrom einsparen.

V2G: Rückspeisung ins öffentliche Netz

Beim V2G speist das Auto (vehicle) den Strom ins öffentliche Netz (grid) ein und kann somit zu dessen Stabilisierung beitragen. Private und dienstliche Fahrzeuge werden so zu flexiblen Speichern für das Stromnetz und können z.B. Regelenergie bereitstellen. Damit sich das auch für die Besitzer der E-Autos lohnt, müssen diese sogenannten Systemdienstleistungen allerdings auch entsprechend entlohnt werden.

V2L bzw. V2D: Stromversorgung aus der Autobatterie

Neben V2H und V2G gibt es noch eine dritte Variante des bidirektionalen Ladens, das vehicle-to-load (V2L) oder vehicle-to-device (V2D). Bei dieser Variante stellt die Autobatterie den Strom für eine Schuko-Steckdose zur Verfügung, was zum Beispiel beim Camping oder für Handwerker nützlich sein kann. 

Im Positionspapier „Bidirektionales Laden – Attraktiver Mehrwert für ElektromobilistInnen und zusätzliche Flexibilitätsoption für das Energiesystem“ des BDEW Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. aus dem November 2023 heißt es:

„Der Einsatz von V2H und V2G im Massenmarkt setzt die Verfügbarkeit nicht-proprietärer, interoperabler technischer Lösungen vom Fahrzeug, über den Ladepunkt, das Energiemanagementsystem bis hin zum Netzanschlusspunkt voraus. Dies erfordert zudem allgemein nutzbare Batteriedaten und eine standardisierte Kommunikation auf der gesamten Strecke vom Fahrzeug bis ins Backend des Flexibilitätsdienstleisters ggf. unter Einbindung der Anschlussnetzbetreiber.“

Hindernis: Fehlende Standards

Vereinfacht ausgedrückt bedeutet das, dass sich die verschiedenen Hersteller von Fahrzeugbatterien, Ladeinfrastruktur, Energiemanagementsystemen sowie die Netzbetreiber auf Standards einigen müssen, die alle involvierten Parteien nutzen. Wie in vielen Märkten in denen digitale Kommunikation eine Rolle spielt, gibt es jedoch bisher verschiedene, oftmals nicht miteinander kompatible (proprietäre) „Ökosysteme“, die sich nur für die Anbindung der eigenen Lösungen eignen. Der BDEW geht davon aus, dass erst ab 2028 / 2030 die entsprechenden technischen Standards vorhanden sein werden. Um hier eine Einheitlichkeit zu erreichen, sind höchstwahrscheinlich auch Vorgaben des Gesetzgebers erforderlich. Eine internationale Norm für die Kommunikation zwischen E-Auto und Ladeeinrichtung gibt es bereits, die ISO 15118-20. Der Gesetzgeber muss zudem einen regulatorischer Rahmen für die neuen Nutzungsarten der E-Fahrzeug-Batterien schaffen, also definieren, was erlaubt ist, was nicht und wie bestimmte Leistungen zu vergüten sind. Rechtlich ist z.B. auch noch zu klären, wie sich das bidirektionale Laden auf Garantien und Haftung bei Schäden auswirkt.

Markt zur Netzstabilisierung erst am Anfang

Ob das bidirektionale Laden die ihm zugeschriebene Bedeutung für das öffentliche Netz erlangt, hängt laut BDEW zudem davon ab, wie viele bidi-fähige Fahrzeuge es überhaupt gibt, ob die Angebote attraktiv genug sind, dass sich die Besitzerinnen und Besitzer eines solchen Fahrzeuges dafür entscheiden, am V2G teilzunehmen, ob das Nutzerverhalten sich so entwickelt, dass die Fahrzeuge die gewünschten Servicedienstleistungen tatsächlich erbringen können und das V2G gegenüber anderen Optionen (stationäre Speicher, Elektrolyse etc.) preisliche Vorteile bietet. 

Von Seiten der Netzbetreiber sind die bidirektional ladbaren Fahrzeuge eine „Flexibilitätsoption“, sprich eine Möglichkeit, überschüssige Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzurufen. Sinnvoll einsetzbar ist diese Option aber nur, wenn viele Fahrzeuge gebündelt werden – dafür benötigt es ein intelligentes Lastmanagement und die entsprechenden Messmöglichkeiten. Der notwendige Ausbau insbesondere des Verteilernetzes ist aber unabhängig davon notwendig, ob sich bidirektionales Laden durchsetzt. Allein die zunehmende Menge an Elektroautos und Wärmepumpen macht ihn erforderlich.

Wenn die technischen Voraussetzungen geschaffen sind, kann das bidirektionale Laden theoretisch überall stattfinden. Sinnvoll ist es jedoch in der Regel nur dort – unabhängig davon, ob es sich um vehicle to home oder vehicle to grid handelt, wo das Elektrofahrzeug langfristig steht und an die Ladesäule angeschlossen ist. Das gilt vor allem Zuhause und beim Arbeitgeber, also an nicht-öffentlichen Ladepunkten. Ausnahmen bilden nur Langzeitparkplätze, z.B. am Flughafen oder in Parkgaragen oder das nächtliche Laden auf Rasthöfen. Hier kommt das bidirektionale Laden auch an öffentlichen Ladepunkten infrage.

Ist V2H eine Alternative zum stationären Stromspeicher?

Die Möglichkeit des V2H-Ladens wirft zudem die Frage auf, ob das Elektroauto in Zukunft den Stromspeicher für den Haushalt ersetzen wird. Die Antwort wird hier in der Regel „nein“ lauten. Denn typischerweise steht das E-Auto nicht in der Garage, wenn die Photovoltaikanlage den meisten Strom liefert. Auf einen stationären Speicher lässt sich also nicht verzichten.

Hinzu kommt, dass die PV-Überschüsse meist nicht ausreichen, um den kompletten Strombedarf eines Elektroautos zu decken. Es ist daher nicht sinnvoll, den Strom aus der Autobatterie ins Haus- oder öffentliche Netz zu speisen, um dann das Auto wieder mit teurerem Netzstrom zu laden. Außerdem ist die Rückspeisung vom Auto ins Haus in der Regel mit Umwandlungsverlusten verbunden, was die Kosten für bidirektionales Laden weiter erhöht. Elektroautos sind für schnelles Laden (11 kW) ausgelegt. Bei kleinen Lade- und Entladeleistungen, wie sie typischerweise im Haushalt auftreten (500 Watt Grundlast bis 2 kW), arbeiten die Laderegler im Elektroauto eher ineffizient. 

Elektrofahrzeuge, die bidirektionales Laden ermöglichen, können einen stationären Stromspeicher somit lediglich ergänzen. Aufgrund der hohen Speicherkapazitäten leisten sie, wenn alle technischen und regulatorischen Voraussetzungen erfüllt sind, einen guten Beitrag zur Stabilisierung des Netzes. 

E-Autos für das bidirektionale Laden

„Rückspeisefähige“ E-Auto-Modelle gibt es derzeit nur wenige und die kommen vor allem aus Asien. Der dort häufig verwendete CHAdeMO-Stecker erlaubt bereits das bidirektionale Laden. Die bekanntesten Modelle sind der Hyundai Ioniq 5, der KIA EV6 und der Nissan Leaf. Daneben gibt es auch noch Hybridfahrzeuge von Mitsubishi, deren Batterie allerdings eine eher geringe Kapazität aufweist (Quelle).

Bidirektionale Ladelösungen

Das Angebot an bidirektionalen Wallbox-Modellen ist ebenfalls überschaubar. Es gibt die bidi-Wallboxen von einigen Fahrzeugherstellern wie VW und Ford sowie solche von Herstellern für Ladelösungen wie sun2wheel und Wallbox (Quasar) oder von in der PV-Branche aktiven Unternehmen wie Kostal, Enphase oder SolarEdge. Die Preise