Bidirektionales Laden: Das E-Auto als rollendes Kraftwerk

Elektroautos können einen erheblichen Beitrag zur Energiewende beitragen – und dabei sogar Geld verdienen. Bidirektionales Laden ist der Schlüssel dazu.

Heiko Dilk
Heiko Dilk
Bidirektionales laden: Der Nissan Leaf an einer Ladesäule. Er kann
Nissan gehört zu den Vorreitern beim bidirektionalen Laden. Der Nissan Leaf kann es bereits seit 2013 und dient bei mehreren Pilotprojekten als mobiler Pufferspeicher Quelle: Nissan

Elektroautos sind eine Wette auf die Zukunft. Ihre CO2-Bilanz fällt zwar – eine gewisse Kilometerleistung vorausgesetzt – besser aus als bei Verbrennern. Doch damit sie wirklich davonfahren, muss der Strommix deutlich ökologischer werden. Dazu können sie selbst etwas beitragen. Bidirektionales Laden heißt das Mittel zum grünen Zweck. Elektroautos werden dadurch zu rollenden Kraftspeichern. Was Du zum bidirektionalen Laden, zu Vehicle-to-Grid oder Vehicle-to-Home wissen musst und welche Autos bidirektional laden können, haben wir für Dich aufgeschrieben.

Was bedeutet bidirektionales Laden?

Die Idee des bidirektionalen Ladens von Elektroautos ist so simpel wie naheliegend. Normalerweise fließt der Strom beim Laden von der Steckdose in den Akku und wird beim Fahren verbraucht. Jedenfalls ab und zu. Tatsächlich fahren Autos nur wenig, mehr als 90 Prozent der Zeit stehen sie (im Durchschnitt) ungenutzt herum. Beim bidirektionalen Laden wird diese Zeit sinnvoll genutzt, indem Strom aus dem Akku wieder zurück ins Stromnetz gespeist wird. Daher spricht man beim bidirektionalen Laden auch von „Vehicle to Grid“ (Fahrzeug zu Netz) oder kurz von V2G.

Kann ich Haushaltsgeräte mit dem E-Auto betreiben?

Hersteller werben gerne damit, dass man Haushaltsgeräte mit Strom aus dem Elektroauto betreiben kann. Man nennt das Vehicle-to-Home (V2H). Der Strom aus der Elektroauto-Batterie wird dabei direkt ins Hausnetz eingespeist. Vor allem für Hausbesitzende, die auch Strom erzeugen, ist das schon jetzt ein realistischer Anwendungsfall. Zumal: Die Vergütung, die sie für die erzeugte Kilowattstunde Strom erhalten, sinkt stetig. Der Preis, zu dem sie Strom zurückkaufen müssen, steigt. Wer seine Eigenverbrauchsquote am selbst erzeugten Strom erhöht, spart also Geld. Bereits jetzt gibt es stationäre Stromspeicher. Mit ihnen lässt sich überschüssige Energie aus der Solar- oder Windanalage speichern. Nachts oder bei Windstille kann man den Strom dann verbrauchen. Das Elektroauto kann genauso als Pufferspeicher dienen. So ließe sich bei schlechtem Wetter die eigene Waschmaschine, der Mixer oder der Fernseher mit Strom versorgen. In der Theorie könnte ein Eigenheim komplett unabhängig vom öffentlichen Stromnetz werden.

Eine Beispielrechnung: Ein durchschnittlicher Drei-Personen-Haushalt verbraucht etwa 3000 kWh pro Jahr. Der Energieinhalt gängiger Traktionsbatterien von Elektroautos liegt je nach Modell und Fahrzeugklasse zwischen 30 kWh und gut 100 kWh. Ein Elektroauto könnte einen Drei-Personen-Haushalt also mindestens drei Tage, unter bestimmten Bedingungen sogar bis zu deutlich länger als eine Woche versorgen.

Was bringt das E-Auto als Pufferspeicher der Umwelt?

Ein deutlich größerer Effekt lässt sich mit der Idee des Vehicle-to-Grid erzielen. Denn eine Herausforderung der Energiewende ist das wechselnde Wetter. Wind- und Sonnenenergie stehen nicht in konstanter Menge zur Verfügung. 

Hunderte, Tausende oder gar Millionen Elektroautos könnten als Pufferspeicher für das gesamte Energiesystem dienen. Ihre Akkus werden geladen, wenn Wind- und Sonnenenergie im Überfluss vorhanden sind. Bei Flaute, Bewölkung oder Dunkelheit geben sie etwas zurück. Dadurch kann bidirektionales Laden dazu beitragen, den Anteil erneuerbarer Energien am Strommix zu erhöhen.

Das geht auch unabhängig von erneuerbaren Energiequellen. Denn wenn der Strom aus Atom, Kohle oder Gas kommt, gibt es ebenfalls große Unterschiede in der Stromnutzung. Kraftwerke lassen sich nicht einfach hoch- und runterfahren. Entsprechend können Spitzenlastzeiten entstehen, in denen nicht der gesamte erzeugte Strom verbraucht wird. Niedriglastzeiten, in denen sonst überschüssiger Strom produziert wird, ließen sich besser überbrücken.

V2G-Projekt i-rEzEPT für bidirektionales laden
Im Rahmen des Projekts i-rEzEPT sind seit Oktober 2020 13 Nissan Leaf im Einsatz. Sie dienen in Privathaushalten mit Photovoltaik-Anlage als Pufferspeicher und sammeln Daten für einen künftigen groß angelegten V2G-Einsatz Quelle: Nissan

Diese Autos können bidirektional laden

Es sind vor allem asiatische Elektroauto-Hersteller, die beim bidirektionalen Laden den Ton angeben. Was auch daran liegt, dass man sich hier zunächst auf den Chademo-Standard festgelegt hat. Der bringt von Haus aus bidirektionale Ladefähigkeiten mit. Beim in Europa weiter verbreiteten Standard CCS geht das noch nicht. Neben dem Nissan Leaf kann beispielsweise der e-NV200 Strom zurückgeben. Der Plug-in-Hybrid Mitsubishi Outlander kann es ebenfalls.

Mit dem kürzlich vorgestellten Hyundai Ioniq 5 und dem Schwestermodell Kia EV6 funktioniert bidirektionales Laden auch über CCS. Deren V2G- oder V2H-Fähigkeit stellt man bei Hyundai/Kia jedoch nicht in den Fokus. Der Strom soll über einen Adapter am CCS-Anschluss externe Geräte mit bis zu 3,7 kW speisen können. So ließe sich auch anderen Elektroautos Starthilfe geben. Das Startup Sono Motors will Anfang 2022 den Sion auf den Markt bringen, der Energie mit bis zu 11 kW rückspeisen kann. VW arbeitet ebenfalls am Thema. Anfang 2022 sollen bidirektional ladefähige VW ID.3 und VW ID.4 ausgeliefert werden. Hier alle aktuell bestellbaren Autos, die bidirektionales Laden beherrschen (Stand 11/2021):

Bidirektionales Laden bei Nissan Leaf und Nissan e-NV200

Nissan gehört zu den Pionieren beim bidirektionalen Laden. Das liegt unter anderem daran, dass die Japaner auf den Chademo-Standard als Ladeanschluss setzt. Der ist in Europa zwar weniger verbreitet als in Japan, war aber von Anfang an auf bidirektionales Laden ausgelegt. Nur für diesen Anschluss gibt es bislang ein gültiges Protokoll für das V2G-Laden, bei dem Strom ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden darf. 

Mitsubishi Outlander und Mitsubishi Eclipse Cross

Mitsubishi-Modelle wie der Outlander Plug-in-Hybrid und der Eclipse Cross PHEV mit gleicher Technik verfügen über zwei Ladeanschlüsse: Fürs Laden mit Wechselstrom (AC) gibt es eine Typ-2-Buchse. Schnelles Laden mit Gleichstrom läuft über den Chademo-Standard. Über letzteren lässt sich Strom rückspeisen. Da es sich um Plug-in-Hybride mit relativ kleiner Batterie handelt, eignen sie sich jedoch nur bedingt als Hausspeicher oder gar als Pufferspeicher fürs Stromnetz.

Kia EV6 und Hyundai Ioniq 5: bidirektionales Laden per CCS

Hyundai hat jüngst den Ioniq 5 auf den Markt gebracht, das Schwestermodell Kia EV6 folgte kurz darauf. Beide sind zwar mit CCS-Anschlüssen versehen, können aber trotzdem bidirektional laden – jedenfalls in Ansätzen. Die Rückspeisung erfolgt über einen optionalen Adapter, der in den Ladeanschluss gesteckt wird. Per handelsüblichem Schukostecker lassen sich so externe Verbraucher betreiben. Echtes V2G- oder V2H-Laden ist so jedoch nicht darstellbar.

Ein Kia EV6 beim bidirektionalen Laden eines Elektrofahrrads
Der Kia EV6 kann, genau wie das Schwestermodell Ioniq 5 per adapter externe elektrische Verbraucher mit Strom versorgen [Quelle: Kia]

Was für eine Wallbox braucht man fürs bidirektionale Laden? 

Nun kann man sein Haus, anders als das Elektrofahrrad, nicht einfach per Steckdose mit Strom versorgen. Es braucht also mehr für echtes V2H, V2B (Vehicle to Building) oder V2G. Eine Wallbox, die bidirektionales Laden beherrscht ist nötig. Modelle für den industriellen Einsatz gibt es bereits, für den Privateinsatz kommen gerade erst Wallboxen auf den Markt. Zu sehr hohen Preisen. Eine mittlere vierstellige Summe muss man aktuell anlegen. Zum Vergleich: Normale unidirektionale Wallboxen gibt es bereits für einige hundert Euro. Wie teuer von anderen Herstellern angekündigte bidirektionale Ladestationen für zuhause werden, bleibt abzuwarten. Sono Motors hat kürzlich eine entsprechende Wallbox angekündigt, die deutlich günstiger werden soll als bisherige Modelle und per CCS lädt und entlädt.

Aktuell braucht es noch den Chademo-Anschluss fürs bidirektionale Laden. Denn nur für Chademo gibt es bislang ein zulässiges Protokoll fürs Rückspeisen ins Stromnetz. Nur damit lässt sich sicherstellen, dass die Anschlüsse unfallfrei miteinander kommunizieren können. Die Weiterentwicklung des sogenannten Lade-Protokolls für den CCS-Standard ist in Arbeit. Bis es echtes bidirektionales Laden im Soinne von V2G erlaubt, könnte es indes noch dauern. Laut Zeitplan soll 2025 volle V2G- und V2H-Konformität erreicht werden.

Innenraum eines Audi, der bidirektionales laden beherrscht
Damit Elektroautos sinnvoller Teil eines Heimstromnetzes werden können, müssen sie intelligent auf- und entladen werden. Audi erforscht das zusammen mit der Hager Gruppe in einem Pilotprojekt [Quelle: Audi]

Forschungsprojekte zu V2H, V2B und V2G: der Status quo 2021

Weltweit arbeiten viele Wissenschaftler und Ingenieure an V2G-Projekten zum bidirektionalen Laden. Die Seite v2g-hub.com, eine zentrale Anlaufstelle für Unternehmen und Einrichtungen der Branche, listet derzeit 92 Projekte in 22 Ländern weltweit. Die meisten befinden sich im Versuchsstadium, manche sind bereits abgeschlossen. Die Liste ist noch nicht vollständig.

Einer der größten Feldversuche in Deutschland wurde jüngst gestartet. Neben der Forschungsstelle Energiewirtschaft sind weitere Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft am Forschungsprojekt „Bidirektionales Lademanagement – BDL“ beteiligt, darunter BMW. Träger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das Projekt wurde 2019 gestartet, im Juli 2021 wurden 50 BMW i3s an Kunden übergeben. Auch sie testen zunächst die V2H-Seite des bidirektionalen Ladens. V2G kommt in einem späteren Schritt. Ähnliche sieht es bei Audi aus, wo man mit der Firma Hager und einem Audi E-Tron am bidirektionalen Laden arbeitet.

Schon etwas weiter ist Nissan. Im Rahmen eines Projekts namens „i-rEzEPT“ wurden ab Oktober 2020 13 Eigenheimbesitzer, die über eine Solaranlage verfügen mit einem Nissan Leaf und einer passenden Ladestation ausgestattet. Die Leaf erhöhen hier als mobile Energiespeicher den Eigenstromanteil der Projektteilnehmer. Die gesammelten Daten werden analysiert, um das Potenzial eines V2G-Konzepts auszuloten. Ein gewerbliches Projekt, bei dem mehrere Leaf bereits Stromspitzen im Netz des lokalen Energieversorgers abpuffern, wurde bereits 2016 in Dänemark gestartet.

Ein BMW i3, der für einen Feldversuch bidirektionales laden beherrscht
BMW hat im Juli damit begonnen, 50 i3 an Kunden auszuliefern, die für das Projekt BDL Erfahrungen beim bidirektionalen Laden sammeln Quelle: BMW

Lässt sich mit dem Elektroauto-Strom Geld verdienen?

Die wenigen Anbieter, die Wallboxen fürs bidirektionale Laden im Programm haben, bewerben sie zum Teil mit der Aussicht, bares Geld per V2G und V2H zu sparen. Aktuell ist das in Deutschland noch nicht möglich, weil die regulatorischen Voraussetzungen dafür noch fehlen. So sind Traktionsbatterien beispielsweise nicht dafür freigegeben, Energie ins Netz zu speisen. Anders als Photovoltaik-Anlagen und stationäre Energiespeicher. Das erste Auto, das als rollendes Kraftwerk zugelassen wurde, war 2018 ein Nissan Leaf. Er stabilisiert in einem Feldversuch ein Kraftwerk in Hagen.

Bidirektionales laden: Hyundai Ioniq 5
Der Ioniq 5 kann anderen Elektroautos mit bis zu 3,7 kW Leistung eine kleine Stromspritze geben oder per Adapter externe Verbraucher betreiben Quelle: Hyundai

Welche Probleme gibt es bei Vehicle-to-Grid?

Abgesehen davon, dass aktuell noch die regulatorischen Voraussetzungen für die V2G-Nutzung fehlen, gibt es weitere Probleme. Zum Beispiel die Kosten. Da die Energie im Elektroauto in Form von Gleichstrom (DC) gespeichert wird, das Netz aber Wechselstrom braucht, muss die Technik angepasst werden. Entweder müssen die Autos also in die Lage versetzt werden, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, oder die Ladestationen oder Wallboxen müssen es. Das geht und wird bereits praktiziert, kostet aber Geld. Die von Sono Motors angekündigte Wallbox soll auch deshalb günstiger werden als andere, weil sie mit Wechselstrom arbeitet. Die Umwandlung in Gleichstrom passiert beim Sion im Auto.

Zudem kollidieren die Nutzungsgewohnheiten von Elektroautos mit der V2G- oder V2H-Idee. Die meisten E-Autos fahren tagsüber, und stehen nachts. Allerdings wird nachts vergleichsweise wenig Strom benötigt, während tags viel Energie produziert wird, vor allem aus erneuerbaren Quellen. Wenn der Puffer gebraucht wird, hängt er also eher weniger am Netz, wenn er am Netz hängt, wird er eher weniger gebraucht.

Dazu gesellt sich ein weiteres technisches Problem: Häufiges Laden und Entladen strapaziert die Zellen im Akku. Dadurch verkürzt sich dessen Lebensdauer. Zwar lassen sich die negativen Effekte in Grenzen halten, indem nur ein bestimmter Teil der Akkuladung für V2H oder V2G genutzt wird. Bei intensiver Nutzung als Pufferspeicher könnten Akkus aber dennoch vor der Zeit an Saft und Kraft verlieren.

Fazit:

Bidirektionales Laden, Vehicle-to-Grid und Vehicle-to-Home sind eine feine Idee. Elektroautos könnten dadurch ganz direkt zu einem grüneren Strommix beitragen und mittelbar die eigene CO2-Bilanz verbessern. Allerdings dürfte bidirektionales Laden im Alltag noch einige Jahre auf sich warten lassen. Zu viele technische, strukturelle und regulatorische Hürden müssen noch überwunden werden.

Heiko | @MobilityTalk

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