Bidirektionales Laden – die Zukunft des Energiespeichers?

Bisher konnte überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen, wie Solaranlagen, nur mit einem Stromspeicher einfach und kosteneffizient gespeichert werden. Jetzt gibt es eine weitere Möglichkeit, dein Eigenheim effektiv zu vernetzen.

Bidirektionales Laden bietet die Möglichkeit, die überschüssige Energie aus dem Fahrzeug, über die Wallbox, in das Hausnetz (Vehicle-to-Home, V2H) oder in das Verteilnetz (Vehicle-to-Grid, V2G) zu be- und entladen. Mit anderen Worten: Wenn im Hausnetz oder im Verteilnetz ein Energie Defizit  vorliegt, kann die Energie aus dem Fahrzeug in das Netz zurückgespeist werden. Umgekehrt kann das Fahrzeug auch vom Netz aufgeladen werden, wenn der Energiespeicher im Fahrzeug leer ist. Dies erfolgt in Echtzeit und wird über eine entsprechende Software gesteuert.

Allerdings gibt es aktuell noch regulatorische Hindernisse, etwa eine mögliche Doppelbesteuerung beim Vehicle-to-Grid. Der Gesetzgeber arbeitet derzeit an Lösungen, um stationäre Batterien und Elektroautos gleichzustellen. Ein entsprechender Entwurf liegt bereits im Bundestag vor.

Obwohl bidirektionales Laden bereits seit einiger Zeit existiert, ist es noch nicht für die breite Masse zugänglich. Nicht nur die geringe Anzahl bidirektional-fähiger Fahrzeuge ist ein Problem, sondern auch die niedrige Dichte an Smart Metern in Deutschland, die für eine intelligente Netzintegration entscheidend wäre.

Modelle wie der Nissan Leaf, der e-NV200 sowie der Mitsubishi i-MiEV haben bereits früh bidrektionales Laden ermöglicht und gelten als Pioniere dieser Technologie. Auch der deutsche Hersteller Volkswagen hat dieses Feature bereits im Angebot. Neuere Modelle unterstützen es serienmäßig, ältere Generationen des ID.3 und ID.4 können per Software-Update nachgerüstet werden. So können immer mehr Modelle als dezentrale Speicher genutzt werden.

Während asiatische Hersteller wie Nissan weiterhin auf den CHAdeMO-Standard setzen, ermöglichen europäische Hersteller zunehmend bidirektionales Laden über den CCS-Stecker (Combined Charging System). Damit öffnet sich die Technologie schrittweise für den europäischen Markt – und immer mehr Fahrzeuge und Wallboxen werden künftig voraussichtlich über diese Funktion verfügen.

Bidirektionale AC-Wallboxen sind für den privaten Gebrauch die praktikabelste und vorteilhafteste Lösung. Generell sind AC-Wallboxen auf dem europäischen Markt breiter verfügbar. Im Gegensatz zu teuren DC-Wallboxen nutzen sie den meist im Elektroauto integrierten Wechselrichter (Onboard Charger, OBC). Das macht einerseits die AC-Wallboxen selbst deutlich günstiger, zum anderen erleichtert es die Installation.

E-Autos nutzen Gleichstrom-Akkus und werden über das Hausnetz mit Wechselstrom aufgeladen, der von einem Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt werden muss.

Die drei größten Verlustpunkte beim direktionalen Laden sind:

• Gleichstrom (DC) zu Wechselstrom (AC): Die Solarmodule auf dem Dach erzeugen Gleichstrom. Dieser wird von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, damit er im Haushalt genutzt werden kann. Hier entstehen die ersten Verluste.

• Umwandlung von AC zu DC: Der Wechselstrom (AC) aus dem Stromnetz wird in Gleichstrom (DC) umgewandelt, um die Fahrzeugbatterie zu laden. Auch hier entstehen Verluste.

• Umwandlung von DC zu AC: Beim Entladen des E-Autos wird der Gleichstrom (DC) aus der Batterie wieder in Wechselstrom (AC) umgewandelt, um ihn im Haus oder im Netz zu nutzen. Das führt zu weiteren Verlusten.

In der Praxis summieren sich diese Umwandlungsverluste bei AC-basierten Systemen auf bis zu rund 30 % der ursprünglich erzeugten Energie aus der PV-Anlage. Eine effektivere Lösung ist es, PV-Strom direkt ins E-Auto zu leiten – ohne Zwischenschritte und zusätzliche Umwandlung. So gibt es keine nennenswerten Verluste und die erzeugte Energie kann optimal genutzt werden. Eine weitere Möglichkeit, Verluste zu reduzieren, sind Mikrowechselrichter – dazu mehr im nächsten Abschnitt.

In Zukunft werden Hybridwechselrichter, die sowohl das Speichern der Energie als auch die Umwandlung von PV-Strom ermöglichen, effizienter und kosteneffektiver werden. Durch die Nutzung des E-Autos als Energiespeicher kann auf ein zusätzliches Speichersystem verzichtet werden. Unternehmen wie Hager haben bereits 2024 erste Systeme vorgestellt und arbeiten weiter an entsprechenden Lösungen. 

Hersteller setzen inzwischen sowohl auf DC- als auch auf AC-Wallboxen. Während DC-Wallboxen derzeit noch im höheren Preissegment von etwa 3.500 bis über 5.000 € liegen, sind AC-Wallboxen bereits deutlich günstiger zu haben – aktuell für rund 1.500 €. Ein Experte des Verbands der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) schätzt die jährlichen Einsparpotenziale des bidirektionalen Ladens auf 200 bis 300 €. In einer gemeinsamen Studie verschiedener Fraunhofer-Institute wird sogar von 1.000 bis 1.500 € vor Abgaben und Steuern (netto etwa die Hälfte) gesprochen.

Insbesondere im privaten Bereich gewinnen AC-Wallboxen an Bedeutung. Sie sind nicht nur günstiger, sondern lassen sich auch leichter installieren und besser ins Stromnetz integrieren. Im Detail bedeutet das:

• Geringere Anschaffungskosten: AC-Wallboxen sind im Vergleich zu DC-Geräten deutlich günstiger.

• Bessere Verfügbarkeit und Netzverträglichkeit: Jede AC-Wallbox könnte theoretisch das bidirektionale Laden unterstützen, wenn Fahrzeug und Software darauf ausgelegt sind. Damit ließe sich die bestehende Infrastruktur an AC-Wallboxen nutzen, von denen es im privaten Bereich deutlich mehr gibt.

• Einfache Installation und kompakte Bauweise: AC-Wallboxen lassen sich leichter an das Hausnetz anschließen, lassen sich schneller installieren und nehmen weniger Platz in Anspruch.

Seit April 2019 müssen Zähleranlagen nach der VDE AR-N 4100 ausgelegt werden. Ein Schwerpunkt dabei war es, normierte Bedingungen für Smart Meter und Gateways zu schaffen. Durch die Verwendung von Smart Meter Gateways können Verteilnetzbetreiber in Zukunft Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen im Netz steuern, einschließlich E-Autos, die als bidirektionale Energiestütze fungieren können. 

Die heutigen Akkus von Elektroautos sind nicht für unendlich viele Lade- und Entladevorgänge ausgelegt, was eine exorbitante Nutzung als Zwischenspeicher verhindert. Dies ist einer der Gründe, warum bidirektionales Laden noch kein Standard ist. Trotzdem ist die Grundidee so sinnvoll, dass weitere Forschung und Entwicklung wahrscheinlich ist – insbesondere bei fortschreitender Batterietechnologie.

Im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren können E-Autos durch bidirektionales Laden auch dann nützlich sein, wenn sie geparkt sind. Das Potenzial von E-Autos als Puffer- oder Zwischenspeicher für das öffentliche Stromnetz und private Haushalte zeigt die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten des bidirektionalen Ladens.