Bidirektionales Laden: E-Autos als Stromspeicher nutzen

Elektroautos als Stromspeicher nutzen – ist das überhaupt möglich? Und wie funktioniert bidirektionales Laden? Rein rechnerisch betrachtet stehen E-Autos einen Großteil der Zeit ungenutzt herum, meist vollgeladen mit Energie. Diese könnte in Zukunft sinnvoll genutzt werden, zum Beispiel um eigene Haushaltsgeräte mit Strom zu versorgen, Strom für den Speicher oder die Wärmepumpe bereitzustellen oder Strom aus der PV-Anlage einzuspeichern (V2H). Dadurch könnte der Eigenverbrauch optimiert und Stromkosten gesenkt werden. Wir werfen einen Blick auf den aktuellen Stand der Technik. 

E-Auto bidirektional Laden: Voraussetzungen

Zunächst sollte man wissen, dass E-Autos mit Gleichstrom (DC) betrieben werden, aus der Steckdose jedoch Wechselstrom (AC) kommt. Beim normalen Laden an der Wallbox muss der Wechselstrom also über einen Gleichrichter im Fahrzeug in Gleichstrom umgewandelt werden, bevor er in der Autobatterie gespeichert wird. Damit das bidirektionale Laden funktioniert, kommt bei dem Projekt eine Menge Technik zum Einsatz. Als Basis dient ein Hauskraftwerk, das die notwendige Gleichstrom-Technologie bereitstellt. Über eine Photovoltaikanlage wird eigener Solarstrom produziert, der dann entweder in den Heimspeicher oder Richtung Auto fließt. Das Aufladen erfolgt über eine Wallbox, die den Energiefluss zwischen dem Auto und dem Stromnetz regelt. Dabei muss die Wallbox explizit für das bidirektionale Laden ausgelegt sein, da nicht alle Wallboxen diese Funktion unterstützen. Aktuell gibt es bereits spezielle DC-Wallboxen, die bidirektionales Laden ermöglichen, indem sie den Strom direkt und effizient zwischen Fahrzeug und Stromnetz übertragen. Das E-Auto muss zudem alle technischen und normativen Anforderungen für das bidirektionale Laden erfüllen, damit es nicht nur Strom aufnehmen, sondern auch Strom aus der Fahrzeugbatterie ins Netz einspeisen kann. Zusätzlich wird ein spezielles Ladekabel benötigt, das in der Lage ist, große Mengen an Strom schnell zu übertragen. So kann das Elektroauto als Ergänzung zu einem Heimspeicher oder stationären Speicher genutzt werden und bidirektionales Laden ermöglichen. 

Wie funktioniert bidirektionales Laden

Wie das bidirektionale Laden funktioniert, wird am Beispiel eines Forschungsprojektes von Audi und der Hager Group – ein Unternehmen, das auf intelligente Gebäudevernetzung spezialisiert ist – sehr gut verdeutlicht. Ein Audi e-tron wurde so modifiziert, dass er als mobiler Stromspeicher einsetzbar ist. In einem kurzen Video erklären die Partner den technischen Aufbau des bidirektionalen Ladens der „Vehicle-to-Home“–Technologie:   

V2H – Vehicle–to–Home: Bidirektionales Laden zuhause

Der Ansatz, das E-Auto als Stromspeicher ins Hausnetz einzubinden, ist nicht neu. Schon seit einigen Jahren wird an der sogenannten „Vehicle-to-Home“-Technologie (V2H) geforscht. Voraussetzung dafür ist, dass das Elektroauto und die Wallbox bidirektionales Laden unterstützen. Das bedeutet, dass es nicht nur sich selbst aufladen, sondern mit dem Strom auch das Haus und die daran befindlichen elektrischen Geräte versorgen kann. Generell lässt sich das Auto als Energiespeicher nutzen, um Strom zwischenzuspeichern, der in just dem Moment von der Solaranlage produziert, aber nicht verbraucht werden kann. Somit lässt sich die gewonnene Energie zu einem größeren Teil selbst verwenden.  Besonders vorteilhaft ist dies, wenn man tagsüber zu Hause ist und das Auto anschließen kann, um die überschüssige PV-Energie ins Auto zu laden und später wieder ins Netz einzuspeisen.  

V2H-fähige Fahrzeuge: Auf Rückspeisung ins Heimnetz achten

Bei V2H- Autos kann nicht die gesamte Batteriekapazität als Stromspeicher zur Verfügung stehen. Als Fahrer*in müssen Sie sich darauf verlassen können, dass Sie beim Losfahren jederzeit über genügend Reichweite verfügen. Daher hat das Forschungsprojekt „i-rEzEPT“ – eine Kooperation von Nissan, Bosch.IO und Fraunhofer-Instituten IAO und IFAM – zum Beispiel darauf geachtet, dass nur 10 bis 30 Prozent der Akku-Kapazität für die Rückeinspeisung ins Hausnetz genutzt wurden. Bei Bedarf, etwa vor Antritt einer längeren Fahrt, konnte auch eine Vollladung des E-Autos sichergestellt werden. 

V2L und V2G: Zwei weitere Varianten des bidirektionalen Ladens

Es gibt noch zwei weitere Varianten des bidirektionalen Ladens.  

V2L („Vehicle-to-Load“) oder V2D („Vehicle-to-Device“) ist die einfachste Technologie und schon in einigen E-Autos erhältlich. In den Fahrzeugen findet man eine gewöhnliche Schuko-Steckdose, die den Anschluss elektrischer Geräte ermöglicht. 

Die anspruchsvollste Variante ist die „Vehicle-to-Grid“ (V2G) Technologie.  
Hierbei sind die Elektroautos nicht nur mit dem Hausanschluss verbunden, sondern müssen auch in der Lage sein, , Energie zurück ins öffentliche Stromnetz zu speisen. Dazu ist eine bidirektionale Kommunikation und Steuerung erforderlich, die von einem Netzbetreiber oder einem Energiemanagementsystem koordiniert wird. Fahrzeuge und Ladeeinrichtungen müssen außerdem bestimmte regulatorische Anforderungen und technische Standards erfüllen. Die Akkus dienen als „Schwarm-Batterie“, fangen die Überproduktion der erneuerbaren Energien auf und speisen bei hoher Nachfrage den gespeicherten Strom ins öffentliche Stromnetz ein. Die Idee von V2G basiert darauf, dass Elektroautos – wie Verbrenner auch – den meisten Teil des Tages über geparkt sind und daher als „stille Reserve“ genutzt werden könnten. Dazu müssen sie mit dem Stromnetz verbunden sein – ein am Straßenrand geparktes E-Auto bringt in diesem Fall nichts.  

Vorteile des bidirektionalen Ladens

Die Vorteile, ein E-Auto bidirektional zu laden, liegen auf der Hand: 

• Erneuerbare Energiequellen können besser genutzt und dadurch Brennstoffe eingespart werden. 
• Eine eigene PV- oder Windkraft-Anlage kann durch den Zwischenspeicher aufgrund der Erhöhung des Eigenverbrauches wirtschaftlicher genutzt werden. 
• Ein bidirektional ladendes E-Auto kann bei einem Stromausfall als Notstromquelle für das Haus dienen und wichtige elektrische Geräte oder Systeme für eine gewisse Zeit mit Energie versorgen. Dies erhöht die Versorgungssicherheit und bietet mehr Unabhängigkeit vom öffentlichen Netz. 
• Mit der Vehicle-to-Grid (V2G)-Technologie können E-Auto-Besitzer*innen überschüssige Energie ins Stromnetz zurückspeisen und dafür eine Vergütung erhalten. Dadurch ergeben sich neue Einnahmemöglichkeiten, insbesondere in Zeiten hoher Strompreise oder bei hoher Nachfrage. 

Kanadier versorgt Haus zwei Tage mit Strom seines Elektroautos

Wie praktisch das bidirektionale Laden in Ländern mit instabilen Stromnetzen sein kann, bewies ein Kanadier im Dezember 2022. Als Teile der USA und Kanada von einem heftigen Schneesturm heimgesucht wurden und großflächige Stromausfälle eintraten, versorgte er sein Haus in der kanadischen Provinz Ontario gleich zwei ganze Tage lang mit Strom aus dem Akku seines E-Autos. Aufgrund eines fehlenden passenden Hausanschlusses legte er Verlängerungskabel von seinem in der Garage geparkten Ford F-150 Lightning in die anderen Zimmer und versorgte so Kühlgeräte, Lampen, das WLAN und den Fernseher mit Energie. Als die Stromversorgung nach 44 Stunden wieder hergestellt werden konnte, war der Akku seines E-Autos sogar noch zu 65 Prozent voll.

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Nachteile beim bidirektionalen Laden von E-Autos

Bidirektionales Laden bring auch ein paar Nachteile mit sich: 

• Durch das häufige Be- und Entladen kann die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt werden, da jeder Lade- und Entladezyklus die Batteriechemie beansprucht und die Kapazität im Laufe der Zeit verringert. 
• Bidirektionales Laden erfordert spezielle Wallboxen und Ladekabel, die teurer sind als herkömmliche Ladesysteme. Zudem sind die Installationskosten oft höher und nicht jedes Hausnetz ist für diese Technologie ausgelegt. 
• Beim bidirektionalen Laden gibt es Umwandlungsverluste, da der Strom mehrere Male zwischen Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC) umgewandelt werden muss. Diese Verluste reduzieren die Gesamteffizienz des Systems. 
• Die Integration in das Stromnetz kann komplex sein und erfordert möglicherweise Anpassungen an der bestehenden Heimelektrik. Zudem gibt es regulatorische Anforderungen, die je nach Land unterschiedlich sind und erfüllt werden müssen. 

Bidirektionales Laden in Deutschland: Roadmap

Bidirektionales Laden ist in Deutschland bereits mit einigen E-Auto-Modellen möglich, jedoch handelt es sich meist um proprietäre Systeme. Das bedeutet, dass nicht alle bidirektionalen Fahrzeuge mit allen bidirektionalen Wallboxen kompatibel sind. 2023 waren hierzulande gerade einmal 4 Prozent der Elektrofahrzeuge mit Neuzulassung in der Theorie rückspeisefähig. Eine größere Verfügbarkeit von E-Autos, die bidirektional geladen werden können, ist erst in einigen Jahren wahrscheinlich. Denn dafür müssten Politik und Gesetzgebung noch einige Maßnahmen treffen, sodass frühestens zwischen 2025 und 2030 bidirektionales Laden auf Vehicle-to–Grid-Ebene (V2G) realistisch ist. 

ISO-Norm 15118

Grundlage dafür, dass bidirektionales Laden in Zukunft problemlos und an so vielen Ladestationen wie möglich funktioniert, ist unter anderem der internationale ISO 15118 Standard zur Regelung der bidirektionalen Kommunikation von Ladesäule und E-Fahrzeug. Verantwortlich für diesen Standard und seine Weiterentwicklung sind die Internationale Organisation für Normung (ISO) sowie die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC). 

Welche technischen Anforderungen an bidirektionales Laden gestellt werden, legt die Norm ISO 15118-20 fest (letztes Update April 2023).

Welche E-Autos können bidirektional Laden?

Theoretisch könnten schon heute eine Vielzahl von E-Autos als Stromspeicher dienen. Der Haken an der Sache: Bei den Fahrzeugen handelt es sich oft um Modelle, die nur mit einer speziellen Walbox geladen werden können. Zudem ist es noch unklar, ob sich das bidirektionale Laden mit Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) durchsetzen wird.  In Zukunft wird bidirektionales Laden aber auch über einen CSS-Stecker möglich sein. Laut ADAC sind die folgenden verfügbaren E-Auto Modelle bidirektional ladefähig: 

• Mitsubishi Eclipse Cross Plug-in-Hybrid 
• Honda e 
• Kia Soul Electric 
• Mitsubishi i-MiEV / Citroën C-Zero / Peugeot iOn 
• Mitsubishi Outlander 
• Nissan LEAF 
• Nissan e-NV-200 

Allerdings sind die Systeme derzeit noch proprietär, da noch nicht alle technischen Standards vollständig umgesetzt wurden. Daher ist es momentan nicht möglich, alle bidirektionalen Fahrzeuge und bidirektionale Wallboxen beliebig miteinander zu kombinieren. Es wird noch einige Jahre dauern, bis dieses Ziel erreicht ist. 

Der Nissan LEAF bietet bereits seit 2010 die Möglichkeit, bidirektional zu laden.

Quelle: ADAC 02/2024

Bidirektionales Laden bei Tesla: Ist der Cybertruck die Innovation?

Das Ende 2023 in den USA eingeführte Tesla-Modell „Cybertruck“ bietet schon das Feature bidirektionales Laden. Dabei werden elektrische Geräte (V2L) mit bis zu 9,6 kW beliefert, für das Eigenheim (V2H) stehen 11,5 kW bereit. Zudem ist – laut ersten Erfahrungsberichten – auch das Laden anderer E-Autos (V2V) möglich. So wird der „Cybertruck“ zur mobilen Ladesäule. 

Allerdings ist das Ganze recht kostspielig, denn man benötigt zusätzliche Hardware wie Wallbox und Gateway von Tesla. Darüber hinaus ist es derzeit auch noch fraglich, ob der „Cybertruck“ auch in Deutschland zulässig und erhältlich sein wird. 

Viele Volkswagen Modelle sind bereits bidirektional ladbar

Rückspeisefähig sind alle VW-ID-Modelle. Außerdem sind viele Fahrzeuge der ID-Serien nach V2H-Anforderungen ausgestattet. Das heißt, sie können Strom aus dem Akku wieder ins Haushaltsnetz einspeisen. Es handelt sich dabei um VW-Neufahrzeuge, in denen ein 77-kWh-Akku verbaut wurde:  

• VW ID.3 Pro S  
• ID.4 Pro 4Motion mit Allrad 
• ID.4 GTX 
• ID.5 (alle Motorisierungs-Varianten) 
• ID.7 Pro 
• ID.Buzz (Elektro-Bulli in Kurzversion) 

Die E-Autos von VW müssen das Betriebssystem ID.Software 3.5 installiert haben. VW möchte das Software-Update 2024 auch an Bestandsfahrzeugen ausspielen.Zudem ist bidirektionales Laden vorerst nur mit einer DC(CCS)-Wallbox und einem Hauskraftwerk S10 E COMPACT von Volkswagen Partner E3/DC (Hager Energy) möglich. Auch hier handelt es sich um proprietäre Systeme. 

Bidirektionale Wallbox: Aktueller Stand

Eine bidirektionale Wallbox ist für entsprechende Ladevorgänge Voraussetzung. Die Box lädt den Strom ins E-Auto und gibt den in der E-Auto Batterie gespeicherten Strom auch wieder ab. 

Künftig soll jedes bidirektionale Elektroauto mit jeder bidirektionalen Wallbox verbunden werden können. 

Aktuell gibt es noch Kompatibilitätsprobleme hinsichtlich der Unterscheidung zwischen AC- und DC-bidirektionalen Ladevorgängen sowie der Regulatorik. So kann zum Beispiel eine bidirektionale AC-Wallbox nicht mit einem elektrisch betriebenen Auto, das die Option bidirektionalen Ladens mit Gleichstrom bietet, kombiniert werden.  

Diese bidirektionalen Wallboxen sind schon erhältlich:

Bislang sind nur wenige Wallboxen erhältlich, die bidirektionales Laden ermöglichen, hier einige Beispiele:  

1. Die Wallbox der spanischen Firma Quasar.  
2. Wallboxen für bidirektionales Laden von dem deutschen Hersteller openWB Pro. 
3. Die bidirektionale Wallbox Smartfox Pro Charger vom österreichischen Hersteller Smartfox. 
4. E3/DC  
5. Solar Edge 

Außerdem entwickeln Automobilhersteller, wie zum Beispiel Tesla, auch eigene Wallbox-Lösungen. 

Fazit: Lohnen sich E-Autos als Stromspeicher?

E-Autos als Stromspeicher – was vor einigen Jahren noch nach sehr ferner Zukunftsmusik klang, könnte in den nächsten Jahren immer alltäglicher werden. Der Grund dafür: Das bidirektionale Laden hat das Potenzial, sich in absehbarer Zeit durchzusetzen.  

Volkswagen rüstet neue E-Auto-Modelle ab 2022 mit der bidirektionalen Ladetechnik aus, bestehende wie der ID.3 erhielten ein Funktions-Update.

Die Integration des E-Autos in das Stromnetz eines Haushalts – „Vehicle-to-Home“ – wird durch diese Umstellung enorm vereinfacht. Und gerade für Eigenheimbesitzer*innen liegen die Vorteile auf der Hand: Mit bidirektionalem Laden kann das E-Auto als mobiler Stromspeicher genutzt werden und gespeicherten Strom ins Hausnetz zurückspeisen, wenn zusätzlicher Bedarf besteht – zum Beispiel abends oder an Tagen, an denen keine eigene Stromproduktion möglich ist. Die großen Akkus des Stromers dienen dann als Puffer und als wichtiger Baustein für Stromselbstversorger. Attraktiver wird dies, sobald die passenden Wallboxen günstiger werden. 

Bis das E-Auto als Speicher für das öffentliche Stromnetz in Frage kommt, werden dagegen noch einige Jahre ins Land gehen. Fahrzeuge und Wallboxen müssen fit für die Anforderungen sein. Auch gesetzliche Rahmenbedingungen müssen angepasst und die Digitalisierung des Stromnetzes – Stichwort „Smart Grid“ – vorangetrieben werden. Denn „Vehicle-to-Grid“ ist ein kompliziertes System, bei dem Fahrzeuge, Lade-Hardware und Stromnetze aufeinander abgestimmt werden müssen – und das in Echtzeit. Außerdem müssen die Fahrzeuge den Kund*innen und Dienstleister*innen notwendige Daten, wie die Kapazität der Batterie, zur Verfügung stellen. Der notwendige Datenaustausch unter den Marktteilnehmer*innen ist jedoch noch nicht vollständig geklärt. 

Wer überlegt, sich ein neues E-Auto anzuschaffen und an dem Konzept von V2H und V2G interessiert ist, sollte sich über Modelle mit bidirektionalem Laden informieren. 

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