Bidirektionales Laden - die Zukunft der Energiespeicherung?

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) oder in das Verteilnetz (vehicle-to-grid) 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.

Obwohl bidirektionales Laden bereits seit einiger Zeit existiert, ist es noch nicht für die breite Masse zugänglich. Die geringe Anzahl von Elektroautos, die für diese Technologie ausgelegt sind, zeigt, dass es noch einen langen Weg zu gehen gibt.

Einige asiatische Elektroautos wie der Nissan Leaf, der e-NV200 sowie der Mitsubishi i-MiEV bieten bereits jetzt die Möglichkeit des bidirektionalen Ladens. Auch der deutsche Hersteller Volkswagen hat mit seinem ID.5 dieses Feature bereits im Angebot. Jedoch ist diese Technologie momentan nur mit einem CHAdeMO-Stecker bei einer Wallbox möglich. Es wird jedoch erwartet, dass in Zukunft immer mehr Fahrzeuge und Wallboxen über diese Funktion verfügen werden und die Technologie weiter verbessert wird.

Die erste Generation des ID.3 und ID.4 von Volkswagen war ursprünglich noch nicht für das bidirektionale Laden ausgelegt. Die neuesten Modelle bieten jedoch diese Möglichkeit dank technischer Anpassungen und zusätzlicher Software. Zudem sollen ältere Modelle nachgerüstet werden, damit auch sie als dezentrale Speicher für Strom zur Verfügung stehen können.

Es gibt mehrere Hersteller von bidirektionalen Wallboxen, wie beispielsweise ABB und Designwerk. Wichtig dabei ist, dass ausschließlich DC-Wallboxen - also solche mit Gleichstromanschluss - für diese Technologie in Frage kommen. Diese Modelle sind zum Teil deutlich teurer als die AC-Wallboxen, die normalerweise für den privaten Gebrauch verwendet werden.

E-Autos nutzen Gleichstrom-Akkus und werden über das Hausnetz mit Wechselstrom aufgeladen, der von einem Wechselrichter in Gleichstrom umgewandelt werden muss. Beim bidirektionalen Laden mit Wechselstrom gibt es zwei weitere Umwandlungsverluste, bei denen Gleichstrom aus dem Akku in Wechselstrom umgewandelt wird und somit bis zu 15% der Energie verloren gehen kann. Wenn die Energie dann wieder ins Hausnetz eingespeist werden soll, gibt es einen dritten Umwandlungsverlust, bei dem weitere 15% verloren gehen können.

Eine Möglichkeit, Umwandlungsverluste zu vermeiden, ist das direkte Laden mit Gleichstrom. Einige Speicher- und Wechselrichterhersteller arbeiten daran, diese Technologie noch 2023 anzubieten. Ein Hybridwechselrichter, der sowohl den PV-Strom als auch den Strom aus der Wallbox und dem Energiespeicher wechselrichtet, kann ebenfalls Wandlungsverluste vermeiden. Dadurch wird die PV-Energie effizienter genutzt. Jedoch sind die Kosten für diesen Aufbau höher, da die Ladekabel aufgrund ihrer hohen Spannung (bis zu 920 V DC) in den Zwischenkreis des Gebäudes geführt werden müssen und DC-Wallboxen (meist über 10.000 Euro) teuer sind. Auch sollte man beachten, dass ein Ausfall des Zentral-Hybridwechselrichters das gesamte System lahmlegen kann.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Umwandlungsverluste bei der Nutzung von bidirektionalen Ladestationen mit Wechselstrom höher sind als bei gleichstrombasierten Ladestationen. Bei einer bidirektionalen Wallbox mit Wechselstrom können bis zu 30% der PV-erzeugten Energie verloren gehen. Eine effektivere Nutzung von PV-Energie ist auch mit einem Speicher, der die Energie von der PV-Anlage direkt an das E-Auto liefert, möglich. Dadurch werden keine Umwandlungsverluste verursacht und die PV-Energie kann optimal genutzt werden.

Durch die Möglichkeit, Energie nicht nur von der Steckdose in das Elektroauto zu laden, sondern auch von dem Auto ins Stromnetz einzuspeisen, kann man die Energieeffizienz deutlich erhöhen und das Netz stabilisieren. Doch wie bereiten sich die Hersteller von Wechselrichtern und die Netzbetreiber auf die Einführung dieser Technologie vor?

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 arbeiten bereits an der Entwicklung solcher Systeme, wie z.B E3/DC für 2024. 

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.