Bidirektionales Laden: Auto als Stromspeicher? ☀ Autarq

Bidirektionales Laden: So wird dein Elektroauto zum Stromspeicher

Jedes fünfte Fahrzeug soll in 2030 in Deutschland ein Elektroauto sein. Mit bidirektionalem Laden wird das E-Auto zum wichtigen Speicherbaustein und bietet neue Möglichkeiten zur Integration von Erneuerbaren Energien (Bild von Jorik Kleen via  Unsplash)

Elektrischer Strom fließt – wir kennen das aus dem Physikunterricht. Sonst ist es einfach kein Strom und wir bekommen keine Energie. Ist damit der Begriff des bidirektionalen Ladens der Batterie deines E-Autos erklärt? Ganz so einfach ist es in der Praxis nicht. Wir erklären dir: wie das bidirektionale Laden funktioniert, was du dafür brauchst, um es bei dir zu Hause anzuwenden und welche Vorteile es bei der Energieeffizienz bieten kann, wenn du dein E-Auto als Zwischenspeicher von selbst erzeugtem Strom aus Sonnenenergie nutzt.

Was ist bidirektionales Laden?

Laut dem Automobilverband ACEA sind Elektroautos so beliebt wie nie zuvor: Jede fünfte Zulassung in Europa ist im August 2023 ein elektrisches Fahrzeug (BEV). Erstmals ist die 20-Prozent-Schwelle beim Marktanteil damit überschritten. Mehr als 355.000 E-Autos sind in Deutschland von Januar bis Ende August 2023 neu zugelassen worden. Insgesamt ist die Millionenmarke bei den elektrischen PKW in Deutschland seit Anfang des Jahres geknackt. 

Es scheint als gebe es eine Kaufrallye seit dem Anfang 2023 geltenden niedrigeren Umweltbonus für neue E-Autos. Jede dritte Neuzulassung im August war ein elektrisches Auto (BEV), laut dem Kraftfahrtbundesamt. Über 60 Prozent der Neuzulassungen kamen dabei von Gewerbetreibenden. 

Seit September 2023 bekommen nur noch Privatpersonen bis zu 4.500 Euro als BAfA-Zuschuss für den Kauf eines E-Autos. Das am 26. September 2023 gestartete Förderprogramm der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) zur Erzeugung von Solarstrom an Wohngebäuden und deren Nutzung für Elektroautos war bereits nach einem Tag erschöpft. Das E-Auto wird immer interessanter in Kombination mit der eigenen Solarenergie-Lösung – wenn man richtig rechnet und Förderungen beachtet.

Ein Feature von E-Autos ist dabei besonders im Gespräch, vielleicht gerade, weil es erst zum Einsatz kommt, wenn dein Fahrzeug, oft die meiste Zeit, gerade mal steht und nicht fährt: das bidirektionale Laden. Diese Technologie ermöglicht es dir, dein E-Auto in einen beweglichen Energiespeicher mit entnehmbarem Strom auf vier Rädern zu verwandeln. Bidirektionales Laden – auch “Bidi-Laden“ genannt – bedeutet, dass die Autobatterie nicht nur mit Strom aufgeladen, sondern auch systematisch wieder entladen werden kann. Der ganze Energiesektor soll davon in Zukunft profitieren und damit die grüne Energiewende beschleunigen. 

Eigentlich ist bidirektionales Laden physikalisch betrachtet die normale Nutzung jeder Akku-Batterie, wie du sie aus dem Alltag kennst. Du lädst deinen Akku an einer Steckdose zu Hause auf und schließt ihn unterwegs bei Bedarf zum Beispiel an ein entladenes Handy an. Doch gerade diese simple Fähigkeit fehlt den meisten E-Autos noch. Die Autobatterie gibt bei den meisten Modellen nur Strom zum Fahren des Fahrzeuges und für die Bordelektronik ab. Sehr zum Verdruss einiger Experten, die sich seit 40 Jahren mit dem Thema Mobilität und grüne Energiewende befassen, wie u.a. Prof. Dr.-Ing. Bruno Burger vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. „Über die Grundlagen des bidirektionalen Ladens haben wir bereits 2010 mit den Herstellern gesprochen, doch die wollten das so nicht machen,“ erläutert Burger. Rein technisch sei es auch beim E-Auto nicht kompliziert, den Strom in zwei Richtungen zu schicken. Es seien eher juristische und wirtschaftliche Bedenken, die seiner Ansicht nach die deutsche Automobilindustrie hindern, ins “Geschäft mit dem bidirektionalen Laden einzusteigen."

Wie funktioniert das bidirektionale Laden beim E-Auto?

Unter bidirektionalen Laden versteht man den Austausch von Energie in zwei Richtungen aus einem Speicher oder einer Stromquelle. Grundsätzlich laden E-Autos Gleichstrom (DC), während zu Hause aus der Steckdose nur Wechselstrom (AC) fließt. Das bedeutet, dass der Wechselstrom (AC) aus der Steckdose beim Laden der Autobatterie in Gleichstrom umgewandelt werden muss. Diese Aufgabe erledigt ein sogenannter Gleichrichter – entweder im Bordladegerät des Fahrzeuges oder in einer DC-Wallbox. Oder man lädt natürlich am besten gleich den eigenen Solarstrom und spart sich die Umwandlung.

Was für Möglichkeiten sich mit dem Bidi-Laden des E-Autos ergeben, erläutert der ADAC e.V. in seiner Reihe “Unter Strom - Einfach Elektromobilität”  in diesem Video "E-Auto: "So funktioniert bidirektionales Laden!” 

Beim bidirektionalen Laden kann das Fahrzeug den gespeicherten Gleichstrom (DC) für verschiedene Zwecke wieder in Wechselstrom umwandeln. Notwendig ist dafür allerdings immer eine Art Wechselrichter – meist eine DC-Wallbox, an der das E-Auto zum Entladen angeschlossen wird.

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Ein Paradigmenwechsel: Das E-Auto als Netzstabilisator zwischen effizienter Nutzung von Solarenergie und abgasfreier Mobilität (Grafik erstellt mit lizenzfreien Bildern von Freepik.com)

So kannst du tagsüber die Antriebsbatterie deines E-Autos mit Solarenergie aus deiner PV-Dachanlage aufladen und während der Standzeiten deine Speicherkapazität über einen sogenannten “Aggregator für Netzdienliche Leistungen” - vermarkten lassen oder wenn nötig nachts deinen Eigenverbrauch mit Strom aus der Autobatterie decken. Alles autark – dank der bidirektionalen Autobatterie mit grüner Energie und ohne Einsatz von Strom aus dem Netz.

Bidirektionales Laden ermöglicht es theoretisch, Strom in alle Richtungen – als Vehicle to everything (V2X) – zu verteilen:

  • an das Nachbarauto (Vehicle-to-Vehicle), 
  • an das Stromnetz im Haus (Vehicle-to-Home),
  • an das allgemeine Stromnetz (Vehicle-to-Grid),
  • oder an externe Elektrogeräte (Vehicle-to-Load).

Bidirektionales Laden als Insellösung - Vehicle-to-Load

Wir alle kennen die Anwendung bereits vom Auto mit Verbrennermotor: Jedes Auto verfügt in der Regel über eine 12V-Buchse zum Anschließen von Geräten. Bis zu 100 Watt lassen sich von dort mithilfe eines eingesteckten Wechselrichters für einige Zeit als 230 V-Wechselstrom aus der Autobatterie entnehmen. Beim Campen kannst Du damit zum Beispiel deinen Laptop laden. Diese als Vehicle-to-Load oder Vehicle-to-Device bezeichnete Insellösung entnimmt aus der Hochvoltbatterie deines E-Autos Gleichstrom (DC). Das E-Auto ist hierbei nicht ans Netz angeschlossen. Für V2L brauchst Du ein bidirektionales Ladegerät im Fahrzeug und einen Adapter für den Typ-2-Stecker, der an die Haushaltssteckdose Strom abgeben kann.

Der Typ 2-Stecker ist seit 2013 der EU-Standard zum Laden von E-Autos. Er bietet Platz für drei Stromleiter und ermöglicht an der Wallbox Ladeleistungen bis maximal 22 Kilowatt. Das dazu passende Kabel wird Mode 3-Ladekabel genannt.

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Adapter zum Bidi-Laden mit Vehicle-to-Load für einen Typ-2-Anschluss. Für das bidirektionale Laden vom Auto braucht es den richtigen Adapter für den Typ-2-, Combo-2- oder CHAdeMO-Anschluss am E-Auto. (Foto:  Freepik)

Schon kannst Du im Carport den Laubbläser direkt an dein E-Auto anschließen und abends zum Beispiel das Herbstlaub mit dem vorher tagsüber selbst erzeugten Solarstrom wegsaugen. Bruno Burger vom Fraunhofer-Institut sieht einen hohen Nutzen für Handwerks- oder Stadtreinigungsbetriebe, die nicht immer mobil Strom vor Ort haben, wo sie im Einsatz sind.

Bidirektionales Laden für zuhause - Vehicle-to-Home

Bei der Vehicle-to-Home-Lösung (V2H) ist dein E-Auto mit dem Stromnetz des Hauses über eine Bidi-Wallbox verbunden. Deine Autobatterie dient dabei als mobiler Stromspeicher. Das E-Auto hilft dabei, Stromkosten zu reduzieren und die Energieeffizienz zu erhöhen.

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Ohne eine bidirektionale Wallbox geht nichts - Schema des möglichen Aufbaus von Vehicle-to-Home  (Quelle: Zwischenbericht zur ADAC-Studie des FFE e.V.)

Obwohl bisher nur wenige E-Autos “Bidi-ready” sind, gibt es aufgrund des möglichen hohen Nutzens für Verbraucher:innen und Industrie zahlreiche Studien zum Thema. Die unabhängige Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) untersucht aktuell im Auftrag des ADAC konkrete Anwendungsfälle des Bidirektionalen Ladens aus Sicht der Nutzer:innen. In dem vor kurzem erschienenen Zwischenbericht zeigt die FfE anhand von Beispielen, wie Nutzer:innen von bidirektional ladefähigen E-Autos von profitieren können.

Eine weitere Studie, welche das Potential von bidirektionalem Laden von E-Autos bei der Energiewende aktuell untersucht, kommt von der Bundesländer-Initiative “NRW.Energy4Climate”. Die Agentur P3 Automotive GmbH untersucht darin im Auftrag von Nordrhein-Westfalen und der baden-württembergischen Landesagentur e-mobil BW neue Mobilitätsszenarien mit dem Einsatz von E-Autos. 

Laut den Berechnungen der im November veröffentlichten Studie werden “im Jahr 2035 rund 33 Millionen batterieelektrische Fahrzeuge in Deutschland zugelassen sein. Unter Berücksichtigung der von den Fahrzeugherstellern kommunizierten Planungen sind bis 2035 circa 65 Prozent dieser Fahrzeuge technisch in der Lage, bidirektional zu laden.” 

Mit dieser Menge an Fahrzeugen stünden bis zu 380 Gigawattstunden mobiler Speicher zur Verfügung, was dreimal so viel ist wie der deutschlandweite Bedarf an stationären Batteriespeichern.  

Hier sehen Anbieter von Vehicle-to-Grid (V2X) Lösungen - wie die P3 Automotive GmbH und die Firma Mobilityhouse  - eine nachhaltige Vermarktungschance der Speicherkapazität von E-Autos für Stromkunden. 

Nachfolgend beschreiben wir anhand zweier Vehicle-to-Home-Anwendungsfälle der FfE-Studie, welche konkreten Lösungen das bidirektionale Laden des Elektroautos zum Einsparen von Strom bereits bietet. In beiden Fällen geht es darum, mit dem Einsatz der Autobatterie Stromkosten geschickt einzusparen – mit oder ohne den Einsatz einer Photovoltaikanlage.

Anwendungsfall: Zuhause bidirektional Laden mit dynamischen Stromtarifen 

Die „Nutzung dynamischer Stromtarife" gemäß̈ß §41a EnWG ohne „Rückspeisung ins Netz” bietet dir ohne direkten Einsatz von Solarenergie eine Möglichkeit, Kosten zu reduzieren.

In diesem Anwendungsfall wird das bidi-fähige E-Auto so eingesetzt, dass die Gesamtenergiekosten mithilfe von dynamischen Stromtarifen im Haushalt (V2H) sinken.

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Börsenstrompreis am EPEX-Spotmarkt im Zeitraum von Oktober 2018 bis August 2023
(Quelle: SMARD Strom­markt­da­ten / Bundesnetzagentur)


 

Sind die Preise niedrig, wird die Autobatterie mit Strom zum Zwischenspeichern aufgeladen. Sind die Börsenstrompreise hoch, wird Strom aus der Batterie entladen und damit das Haus mit Energie versorgt. Die Hochvoltbatterie des E-Autos ist dann wie ein eigenes kleines Mini-Stromkraftwerk, mit dem Du nur Strom aus dem Netz lädst und abgibst, wenn es für dich preislich am günstigsten ist. 

Zuvor musst du bei deinem Netzbetreiber einen dynamischen Stromtarif abschließen, wie sie zum Beispiel die Firma Tibber anbietet. Ist dein Stromtarif dynamisch, richtet sich der Strompreis danach, was der Einkauf der Energie aktuell am EPEX-Spotmarkt kostet. Daher kann sich dein Strompreis mehrmals täglich, teilweise sogar stündlich ändern. Da die Preise im Tagesverlauf stark schwanken, werden deine Ladevorgänge am Auto mithilfe eines Energiemanagementsystems an den dynamischen Stromtarif angepasst. 

Dein E-Auto lädt zu Zeitpunkten günstiger Strompreise aus dem Netz und wird bei Bedarf entladen, um den Stromverbrauch im Haus zu decken. Abends und morgens, wenn dein E-Auto in der Garage parkt, lädt deine Autobatterie über die DC-Wallbox ins Hausnetz Strom, der zuvor günstig in der Nacht geladen worden ist. 

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Das "Dynamische V2H Modell" bietet in Zukunft auch Mehrfamilienhäusern Einsparmöglichkeiten (Quelle: FfE Zwischenbericht Bidirektionales Laden im Auftrag des ADAC)

So können laut FfE die Gesamtkosten des Haushalts für Strom durch Einsatz des bidirektional ladefähigen E-Autos gesenkt werden. In dem Zwischenbericht kommt der FfE zum Ergebnis, dass zwischen 12 und 27 Prozent des Haushaltsstroms aus der Fahrzeugbatterie gedeckt werden können. So kann der Haushalt im Anwendungsbeispiel – mit einem Stromverbrauch von circa 3.100 kWh im Jahr – zwischen 170 und 370 Euro bei den Stromkosten sparen. Für den Vergleich setzte die FfE einen festen Strompreis von 32 Cent pro kWh an.

Der FfE nennt dieses Anwendungsszenario “Dynamische Stromtarife (V2H)“. Generell kann dieser Anwendungsfall überall dort eingesetzt werden, wo Menschen sich eine Wallbox teilen können, wie zum Beispiel bei Mehrfamilienhäusern oder am Carport des Arbeitsplatzes. Für den einzelnen E-Auto-Besitzer ist dieser Anwendungsfall in der Regel noch zu teuer. Momentan liegen Anschaffungs- und Installationskosten einer bidirektionalen DC-Wallbox, plus Energiemanagementsystem zwischen 2.700 und 5.800 Euro. Eine Förderung der KfW für die Wallbox gibt es so ohne Photovoltaik auch aktuell nicht.

Der FfE hat berechnet, dass Du mit bidirektionalem Laden jährliche Erlöse von etwa 300 € bis 600 € erzielen musst, damit sich die Investition nach ca. zehn Jahren amortisiert hat. Angesichts der schwankenden Strompreise in den letzten Jahren könnte dieses Modell eher für Gewerbetreibende mit einem großen Fuhrpark an Autos eine interessante Lösung werden, sobald mehr bidirektional ladefähige E-Automodelle erhältlich sind.

Anwendungsfall: Die PV-Eigenverbrauchsoptimierung mit dem bidirektionalen Laden des E-Auto

Morgens scheint die Sonne auf deine Solardachziegel, den produzierten Strom kannst du nicht sofort komplett verbrauchen. Statt den umweltfreundlichen Strom in einen Heimspeicher zu laden, wird der überschüssige PV-Strom in der Batterie deines E-Autos zwischengespeichert. Bei diesem Anwendungsfall wird das bidirektional ladefähige E-Auto dazu verwendet, den Eigenverbrauch von selbst erzeugtem Solarstrom zu erhöhen.

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Eine Solarlösung mit Solardachziegeln in München-Pasing: Mit dem E-Auto lässt sich die Rendite aus dem PV-Eigenverbrauch deutlich verbessern (Foto: Franz Kimmel)

In diesem vom FfE entwickelten Modell geht es darum – bei konstanten Strompreisen – den teuren Bezug von Strom vom Netzanbieter zu vermeiden, um möglichst viel Strom aus regenerativen Quellen zu nutzen. Im Anwendungsfall geht die FfE von einem Haushaltsstromverbrauch von 3.100 kWh im Jahr und einer 7 kWp-PV-Anlage aus.

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Das Fahrzeug als mobiler Speicherplatz von Solarenergie ist vorteilhaft, falls das E-Auto nicht lange unterwegs ist (Quelle: FfE Zwischenbericht Bidirektionales Laden im Auftrag des ADAC)

Ein Szenario, das gut funktioniert, falls das Auto während des energieintensiven Sonnenschein-Zeitfensters zu Hause steht und es einen Preisunterschied zwischen dem Haushaltsstrompreis und der PV-Einspeisevergütung gibt.

Für selbst erzeugten Strom vom Solardach gibt es momentan bei Teileinspeisung 8,2 Cent pro kWh, vom Netzbetreiber für kleinere PV-Anlagen bis 10 kWp. Laut der Analyse des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) zahlten Kunden:innen Mitte des Jahres im Durchschnitt 46,27 Cent pro Kilowattstunde. Die FfE kommt zum Ergebnis, dass der Eigenverbrauch um bis zu 35 Prozent erhöht werden kann und ein Betrag zwischen 350 und 490 Euro an Stromkosten eingespart wird.

Mehr zum Thema  findest du in unserem Artikel „E-Auto“ und optimaler Einsatz von Sonnenstrom.  


Hier noch einige grundsätzliche Tipps für einen möglichen Einstieg in Vehicle-to-Home:

  •  

    Du solltest trotz der Zusatzkosten bei der Installation möglichst ein Energiemanagementsystem erwerben. Das ermöglicht es dir, zukünftig flexibel zu bleiben beim Einbinden von Komponenten verschiedener Hersteller. So kannst du zum Beispiel später zusätzlich noch effizient eine Wärmepumpe oder einen Heimspeicher bei deiner Autarkie vom Netzbetreiber einstellen.

  •  

    Damit die Messungen und Vorhersagen des intelligenten Stromverbrauchs und der Einspeisung gut aufeinander abgestimmt sind, sollte das E-Auto so lange wie möglich mit der Wallbox verbunden sein.

  •  

    Grundsätzlich sollte beim Be- und Entladen der Autobatterie darauf geachtet werden, höchstens 80 Prozent der maximalen Leistung zu laden und die Batterie nie komplett zu entladen.

Welche Wallbox brauche ich für ein bidirektionales Laden?

Bidirektionale Wallboxen sind momentan in ihrer Anschaffung viermal teurer als unidirektionale und es gibt bisher nur wenige Anbieter von Lösungen für das Haus. 

Neben dem Heimspeicher-Hersteller E3/DC, bieten Ambibox, Wallbox und Koastal u.a. Bidi-Wallboxen an.

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Welche Wallboxen schaffen es auf die Liste der KfW-Förderung: Die V2X mobile bidirektionale Wallbox von Koastal (links) und die bidirektionale 7,4 kW Gleichstrom Ladeleistung bietende Quasar der Firma Wallbox (Fotos: Koastal und Quasar).

Ende September sollte die neue Liste der KfW-Förderbank der zuschussfähigen  bidirektionalen Wallboxen erscheinen. Bereits kurz nach dem Start waren die Fördermittel von insgesamt 300 Millionen Euro für das Jahr 2023 bereits vergeben. 

Eventuell schneller als so mancher Anbieter seine neue Bidi-Wallbox-Entwicklung bei der KfW anmelden konnte. So halten sich die meisten Wallbox-Hersteller momentan mit konkreten Preisauskünften zu ihren sich in der Entwicklung befindenden Produkten zurück. 

Auf der Liste des KfW-Programms für Privathaushalte (KfW 442) finden sich bisher nur drei Modelle bidirektionaler Wallboxen: 

Das Mainzer Unternehmen Ambibox hat sich auf die Entwicklung von “kostengünstige, bidirektionale Wallboxen auf Gleichstrombasis” spezialisiert. Die 22 kW DC-Wallbox mit 800 Volt für das elektrische Flottenmanagement mit optionalen Vehicle-to-Grid- Betrieb befindet sich laut Auskunft von Ambibox - mit EU-Mitteln gefördert - momentan in der Entwicklung. 

Wie es weitergeht mit der ausgeschöpften Förderung der KfW und ob das Förderprogramm in 2024 neu aufgesetzt wird, ist momentan unklar. 

Die meisten Ladestationen-Hersteller rechnen mit einem Verkaufsstart der neuen Produkte  Anfang 2024. Die alte AC-Wechselstrom-Ladebox kann in der Regel nicht für V2H oder V2G in Verbindung mit dem E-Auto als mobiler Stromspeicher verwendet werden. „Das ist leider die bittere Pille: 90 Prozent der aktuell benutzten Wallboxen müssen ersetzt oder umgerüstet werden“, erläutert Andreas Piepenbrink vom Hersteller E3/DC. 

Für Bruno Burger vom Fraunhofer ISE ist dies reine Ressourcenverschwendung: “Jedes Elektroauto hat ein Ladegerät an Bord, das den AC-Strom in DC-Strom wandelt.“ Das könnte man einfach auf Herstellerseite bidirektional machen. "Die Mehrkosten am E-Auto wären dann vielleicht zehn Prozent höher”, so Burger.

Welche Lösung sich bei den Autoherstellern durchsetzen wird, bleibt spannend: Wechselstrom in Gleichstrom oder Gleichstrom in Wechselstrom? 

Es scheint sich abzuzeichnen, dass die Autoindustrie möglichst wenig am Ladeprozess des E-Autos selbst ändern möchte. In den meisten Positionspapieren zum „Bidirektionalen Laden“ von E-Autos gehen die Experten davon aus, dass sich die DC-Gleichstrom-Wallboxen durchsetzen werden.

 

Die Forschungsgruppe Solarspeichersysteme der Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin untersucht zusammen mit dem “Digital Grid Lab” des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem ADAC Wallbox-Energiemanagement-Lösungen unter “identischen und realitätsnahen Betriebsbedingungen. Daraus soll später auf Basis der Messungen ein neuer Wallbox-Score entwickelt werden, der transparent die Qualitätsunterschiede zwischen den Produkten darstellt. 

Anhand der Laborergebnisse sollen die Wallboxhersteller “konkrete Optimierungspotenziale im Hinblick auf die Qualität und Energieeffizienz ihrer uni- und bidirektionalen Wallbox-Lösungen” bekommen. 

Das Projekt wird mit Fördermitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert und soll die Transparenz im Markt für V2X-Ladelösungen erhöhen.

Welche E-Autos können bidirektional laden?

Für den Solarenergie-Experten Bruno Burger ist die Antwort klar: „Es gibt einfach noch nicht genug auf der Straße.“ Alles dauere zu lange, es scheine, als wolle die Autoindustrie Entwicklungsrückstände aussitzen. „Die japanischen und die chinesischen Hersteller, die sehen uns nur noch im Rückspiegel und fahren bei der Elektromobilität davon.“

Zurzeit ist das bidirektionale Laden nur für eine begrenzte Anzahl von E-Autos verfügbar. Meist sind es Fabrikate von asiatischen Herstellern, wie Nissan, Hyundai und Kia. Der südkoreanische Autokonzern Hyundai bietet mit seinen Tochterfirmen Kia Motors und Genesis zahlreiche Modelle an. Aus Japan gibt es bisher nur veraltete Modelle von Mitsubishi und Nissan.

Bei den US-amerikanischen Herstellern hat Ford mit dem elektrischen Ford F-150 Lightning einen bidirektional lauffähigen Pickup auf dem Markt. Im August kündigte General Motors an, dass die Technologie ab dem Modelljahr 2026 in allen seinen Elektrofahrzeugen Standard sein wird. Bei Tesla ist es offiziell nicht möglich, die Batterie der erfolgreichen Modelle Tesla Y und Tesla 3 auch systematisch zu entladen. CEO Elon Musk hatte die Technologie wegen der möglichen Leistungsminderung der Batterien als „unbequem“ bezeichnet. Techniker fanden jedoch beim Zerlegen eines Y-Modells heraus, dass es “Bidi-ready” ist. Der Ladevorgang aus den Supercharger-Buchsen wird von der Software per Firmware blockiert. Für Tesla-Fahrer soll trotzdem erst 2025 ein bidirektionales Laden möglich sein. Das kündigte Rebecca Tinucci, Leiterin des Bereichs Ladeinfrastruktur bei Tesla, beim “Investors Day 2023” an.

Die Zeitschrift Autobild hat vor kurzem eine Übersicht der Modelle veröffentlicht, die in Deutschland erhältlich sind. Auch der ADAC bietet eine ähnliche Liste. Darauf sind kaum leistungsstarke Cross-, SUV- und Limousinen-Modelle zu finden. Mit Ausnahme der Modelle Genesis G80 und des Polestar 3 vom chinesischen Konzern Geely.

Bis auf Volkswagen – mit den Modellen ID.3, ID.4, ID.5 und dem E-Camper ID.Buzz – haben weder BMW noch Mercedes-Benz ihre Motorhauben für die Technologie geöffnet. Die Sorge scheint groß zu sein, im Zusammenspiel von Ladesoftware, Fahrzeugelektronik und Hochleistungsbatterie mit den Kunden rechtliche Probleme bei Garantiefragen zu bekommen.

„Die Fahrzeugelektronik ist nicht auf den 24/7 Betrieb ausgelegt und das Fahrzeug kann nicht so lange angeschaltet werden wie ein Heimspeicher. Die Komfortelektronik an Bord ist auch nur auf Kilometer, proportionale Betriebsstunden ausgelegt. Die Software-Standards – sind aufwändig – mit der Cloud des Herstellers, das bidirektionale Laden zu implementieren kompliziert,“ meint Dr. Andreas Piepenbrink, Chef vom deutschen Heimspeicher-Hersteller E3/DC im Batterie-Podcast „Geladen” zum Thema Netzdienlichkeit von E-Autos.

Trotz aller Bedenken hat seine Firma E3/DC – ein führender Heimspeicher-Anbieter mit über 100.000 verkauften Einheiten – auf der IAA Mobility 2023 in München den Messestand mit der Ladung aus einem Audi e-tron Q4 über die DC-Schnittstelle einer E3-Wallbox mit 11 kWh Strom versorgt. Audi ist ähnlich wie BMW seit Jahren Entwicklungspartner zahlreicher Studien zum bidirektionalen Laden. 

Der deutsche Automobilhersteller Mercedes-Benz kündigte auf der IAA Mobility an, mit der nächsten Fahrzeuggeneration das bidirektionale Laden mit der neuen Concept CLA Class zu unterstützen. Diese neue Plattform feierte in München Weltpremiere. 

Der französische Hersteller Renault hat für 2024 eine Neuauflage des Klassikers R5 als bidirektionales Auto angekündigt. Zusammen mit dem deutschen Partner Mobility House soll ein Vehicle-to-Grid-Dienst aufgebaut werden, bei dem die Autobatterien der Fahrzeuge als Energiespeicher im Pool an Netzbetreiber vermarktet werden. Dies soll den Besitzer:innen eine Rendite aus dem Autokauf eines Renaults ermöglichen. 

Eine gute Übersicht mit allen technischen Daten erhältlicher und bestellbarer bietet die EV Database. Hier kannst du nach technischen Kriterien und Leistungsdetails der Batterien recherchieren. Unter „Batterie“ wird aufgelistet, ob das E-Auto bereits einen Ladevorgang in beide Richtungen erlaubt oder die Hersteller die Umsetzung des “Bidi-Ladens” angekündigt haben.

Gibt es für bidirektionales Laden eine technische Norm?

Ja. Seit April 2023 gibt es mit der Norm ISO 15118-20 einen weltweit gültigen Standard ​​technischer Anforderungen für das bidirektionale Laden von E-Autos in das öffentliche Stromnetz (Vehicle-to-Grid). Darin ist auch geregelt, wie das bargeld- und kartenlose Bezahlen (Plug & Charge) an Ladestationen technisch über den Stromanschluss betrieben werden darf. Technisch steht dir damit nichts mehr im Wege, Energieversorgern deinen im E-Auto zwischengelagerten Solarstrom anzubieten.

Welche rechtlichen Regeln gelten beim bidirektionalen Laden?

Das Thema “bidirektionales Laden von E-Autos” befindet sich noch in der juristischen Grauzone: Darf ich den Strom, den ich auf der Arbeit in mein E-Auto geladen habe, zu Hause verwenden? Wann setzt die Garantie des Autoherstellers bei Leistungsverlust der Batterie ein? Diese Fragen können aktuell nicht eindeutig beantwortet werden. 

Unklarheit herrscht auch bei den steuerlichen Regeln, zum Beispiel für eine Vehicle-to-Grid-Einspeisung des im E-Auto zwischengespeicherten Stroms ins Netz. Feste Heimspeicher sind bei der Rückspeisung ins öffentliche Stromnetz von Abgaben wie Netzentgelte und Stromsteuer befreit. Das sind mobile Speicher wie das bidirektional ladefähige E-Auto nicht. Theoretisch muss zurzeit auf Strom, welcher in der Autobatterie zwischengelagert und später ins Netz entladen wird, wieder die Stromsteuer und andere Abgaben bezahlt werden.

Altern Lithium-Batterien schneller beim bidirektionalen Laden?

Was die großzügigen Garantien der Autohersteller auf die Batterien ihrer elektrischen Modelle betrifft – meist acht Jahre und 160.000 Kilometer Laufleistung – gibt es viele Einschränkungen beim Thema bidirektionales Laden.

Momentan werden in E-Autos meist Lithium-Ionen-Batterien verbaut. 

Bei sachgemäßer Anwendung – was bei Autobatterien bedeutet, dass sie möglichst nicht komplett aufgeladen und entladen werden (Anwendung der 80% und 20 %-Regel) – nach den ersten Studien nicht. Trotzdem begrenzt Volkswagen das bidirektionale Laden bei seinen ID.- Modellen auf eine maximale Betriebsdauer von 4.000 Stunden und eine maximale Energiemenge von 10.000 kWh. Danach sperrt die Software die Funktion “Bidi-Laden”. Entnimmst du zum Beispiel aus der Batterie des VW ID.5 (77 kWh) jeden Tag circa 10 Prozent der Leistung, ist schon nach vier Jahren Schluss mit der Nutzung des mobilen bidirektionalen Speichers. 

Andere Autohersteller begrenzen einfach den maximalen täglichen Entladevorgang auf einen Kilowattstunden-Wert, wie zum Beispiel zehn kWh. Dr. Andreas Piepenbrink vom Heimspeicherfabrikant E3/DC sieht den Grund in der „fehlenden Zyklenfestigkeit der Lithium-Batterien: „Die Zellen sind nicht so auf eine Energiedichte ausgelegt, sondern eher aufs Gewicht optimiert.“ Sein Rat an die Autoindustrie: „Die Fahrzeughersteller müssen überzeugt werden, den mittleren Ladezustand des Autos zu senken, denn damit erhöhe ich die Haltbarkeit der Batterien.“

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Das bidirektionale Ladevolumen ist bei den VW-Modellen wie dem ID.5 beschränkt. (Foto: Cristina Costa)

Blick in die Zukunft – ein Smart Grid mit bidirektionalen Laden von E-Autos?

E-Fahrzeuge fahren in der Regel nur circa 40 Kilometer am Tag, nutzen also nur zehn Prozent der in den Batterien ruhenden Energie. Da bleiben eine Menge Standzeiten, um zur Netzstabilität mit erzeugtem Strom beizutragen. Nach den Ergebnissen des FfE- Zwischenberichts ist aktuell keine „Systemdienstleistung für die Integration von bidirektional ladefähigen Elektrofahrzeugen ausgereift.“

Trotz der zahlreichen Förderprogramme für Elektromobilität und dem Einsatz von erneuerbaren Energien fehlt es immer noch an klar ausgestalteten Rahmenbedingungen und Konzepten zur Einbindung von E-Autos. “Wir werden durch das bidirektionale Laden und dynamische Stromtarife vereinzelt auch Kunden ohne PV sehen“, prognostiziert Andreas Piepenbrink. 

Jan Figgener, Abteilungsleiter Netzintegration und Speichersystemanalyse an der RWTH Aachen, schätzt die E-Auto-Speicherkapazität auf Rädern in Deutschland insgesamt auf circa 65 GWh. Damit sind 90 Prozent der Speicher auf Rädern. Für das Jahr 2030 rechnet Figgener mit einer mobilen Speicherkapazität von 1.000 GWh, falls die von der Bundesregierung angestrebten 15 Millionen E-Autos in Deutschland auf den Straßen sind. Er sieht ein „gewaltiges Flexibilitätspotential, das technologisch und regulatorisch gehoben werden muss.“ Die Alterung der Batterien wird für ihn kein Problem sein, da „im V2X Bereich die meisten Zyklustiefen kleiner als 20 Prozent sind.“ Das Problem der Zukunft seien eher die wenig smarten Stromnetze: „Die Netzbetreiber sind bei der tatsächlichen Auslastung nahezu blind, da die Netze nicht ausreichend digitalisiert oder mit smarter Sensorik ausgestattet sind.“

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Die Netze müssen intelligenter werden, damit E-Autos netzdienlich sein können (Foto: Unsplash Andrey Metelev)

Außerdem sind Kommunikationsstandards zwischen Komponenten unmittelbar nach Finalisierung nicht immer offen zugänglich. “Diese sollten kostenfrei für alle Akteure verfügbar sein, um eine schnelle, großflächige Implementierung zu ermöglichen", fordert der FfE in seinem Bericht. 

Es gibt jedoch schon heute Lösungen: Der Physiker Marco Möller arbeitet mit seinem Start-up PIONIX an einer Open-Source-Software, die helfen soll, einheitliche E-Auto-Ladesystem-IT-Schnittstellenlösungen zu schaffen. Die Stromnetze sollen bald offener werden und die technische Barriere der Grid-Codes soll in Europa abgebaut werden. „Es gibt Pläne, die Grid Codes deutlich zu reduzieren – von circa zurzeit 30 weltweit auf sieben“, erläutert Möller. Die PIONIX Software “ EVerest” ist kostenlos verfügbar und kann so von Ladesäulen, wie Autoherstellern, gleichzeitig zum Programmieren genutzt werden. Pionix ist Teil des “Inter-BDL-Forschungsprojekts” des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Die Autohersteller reduzieren die “Wachzeiten” der Komfortelektronik an Bord, um mehr Ladekapazität der Batterie für Vehicle-to-X- Modellen den Autofahrer:innen anzubieten. Teilweise verbrauchen Modelle wie der Audi e-tron heute bis zu 300 Watt pro Stunde im Ruhezustand. Bruno Burger vom Fraunhofer-Institut ist der Meinung, dass die Autohersteller noch nicht auf ein Lastmanagement von Strom eingestellt sind. „Wenn ich abends von einem E-Auto aus, sagen wir mal einen Fernseher und zwei Lampen plus einen Kühlschrank mit Strom versorgen möchte, habe ich eine Last von ca. 400 Watt. Natürlich ist es wenig effizient, wenn das Auto alleine schon im Standby-Modus 700 Watt verbraucht.“

In einem Punkt sind sich alle Experten einig: Das bidirektionale Laden von E-Autos wird eine Schlüsselrolle in der Energiewende einnehmen, sofern rechtliche Grundlagen in Europa dafür geschaffen werden.. Nur so lasse sich beim Ausbau der Erneuerbaren Energien eine Netzstabilität garantieren – weltweit, nicht nur in Deutschland.

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