Auch wenn die Absatzzahlen für Elektroautos in Europa und in der Schweiz derzeit zurückgehen: Die technische Entwicklung läuft weiterhin auf Hochtouren, besonders in den Bereichen Batterie, Lademanagement und Ladetechnik. Als eine Folge daraus wurde die Funktion des bidirektionalen Ladens eingeführt: Sie ermöglicht es, dass Elektroautos nicht nur Energie aus dem Stromnetz aufnehmen, sondern diese auch wieder zurückspeisen können. Doch wie funktioniert das genau und welche Möglichkeiten eröffnet dieses neue Feature?

Beim herkömmlichen Laden eines E‑Autos fliesst der Strom nur in eine Richtung: von der Ladestation in die Batterie des Fahrzeugs. Beim bidirektionalen Laden wird der Stromfluss in beide Richtungen ermöglicht. Das bedeutet, dass die Batterie des Elektroautos nicht nur aufgeladen wird, sondern ihre gespeicherte Energie auch zurück ins Stromnetz, in das eigene Haus oder in externe elektrische Geräte, welche am Bordnetz des Autos angesteckt werden, fliessen lassen kann. Man spricht dabei von Vehicle-to-Home (V2H) beim eigenen Heim, Vehicle-to-Building (V2B) bei irgendwelchen Gebäuden und Vehicle-to-Grid (V2G) beim Stromnetz. Als Sammelbegriff für alle möglichen Anwendungen wird Vehicle-to-Everything (V2X) verwendet.

Eine Vielzahl an Vorteilen

Damit der Strom vom Auto zurückfliessen kann, muss der Gleichstrom (DC) aus der Batterie des E‑Autos in Wechselstrom (AC) für das Stromnetz umgewandelt werden. Das passiert in einem Wechselrichter, den die meisten modernen E‑Autos bereits an Bord haben. Auch die heimische DC-Wallbox muss damit ausgestattet und entsprechend für das bidirektionale Laden vorbereitet sein.

Das Laden in beide Richtungen eröffnet eine Vielzahl an Vorteilen, sowohl für den Fahrzeugbesitzer als auch für das Stromnetz und die Umwelt. Der wohl grösste davon entsteht im Zusammenspiel mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach des eigenen Hauses: Durch das bidirektionale Laden wird das Elektroauto zur mobilen Stromspeicherlösung, die überschüssigen Solarstrom speichern und bei Bedarf wieder zurück ins Hausnetz einspeisen kann (V2H). So kann die Energieautonomie des Hauses vergrössert werden. Beispielsweise kann der tagsüber produzierte Solarstrom in das Fahrzeug geladen und abends, wenn der Strombedarf im Haus steigt und die Sonne nicht mehr scheint, wieder in das Hausnetz zurückgeführt werden. Der Nutzen des Solarstroms wird so deutlich effizienter.

Für Professor Urs Muntwyler, ehemaliger Leiter des PV-Labors der Berner Fachhochschule BFH, ist besonders dieser Einsatzbereich des bidirektionalen Ladens attraktiv, wie er im Blog www.energie-experten.ch erklärt: «Die Batterien der heutigen Elektroautos haben im Vergleich mit den meisten verkauften Heimspeichern eine sehr grosse Kapazität. Zumal sie im reinen Fahrbetrieb ihre Lebensdauer von bis zu 500 000 Kilometern selten erreichen dürften.»

«Durch das bidirektionale Laden wird das Elektroauto zur mobilen Stromspeicherlösung.»

Muntwyler hat in seinem Labor mögliche Geschäftsfelder aus der Kombination von Elektroauto und Solarstrom erforscht. Da zwischen Auflade- und Entladeenergie nur etwa 30 Prozent Effizienzverlust auftrete, sei im Test sehr viel Batteriestrom nutzbar gewesen – ein Wert, der gemäss Muntwyler in Zukunft auf 10 bis 20 Prozent sinken könne.

Erhebliche Einsparungen möglich

Ein weiterer möglicher Anwendungszweck: Autos könnten das Stromnetz stabilisieren (V2G). In Zeiten hoher Nachfrage könnten die gespeicherten Energiereserven vieler Elektroautos genutzt werden, um das Netz zu entlasten. Dies wäre besonders in Spitzenlastzeiten von Vorteil, wenn das Stromnetz an seine Kapazitätsgrenzen stösst. Fahrzeuge könnten also als dezentrale Energiespeicher fungieren und so zur Stabilität des Stromnetzes beitragen. Auch das ist spannend für die Fahrzeugbesitzer, die in Zukunft dafür entlohnt werden könnten, wenn sie ihre gespeicherte Energie zu solchen Zeiten zur Verfügung stellen.

Somit bietet das bidirektionale Laden eine potenzielle Möglichkeit zur Reduzierung der eigenen Stromkosten: Wenn das Fahrzeug nachts zu günstigeren Tarifen geladen und die Energie tagsüber, wenn der Strom teurer ist, zurück in das Netz eingespeist wird, kann dies zu erheblichen Einsparungen führen. In Kombination mit dynamischen Stromtarifen könnte dies in Zukunft ein interessantes Modell für Elektroautobesitzer darstellen.

Aktuell muss hier allerdings der Konjunktiv verwendet werden – denn noch ist dieses Szenario in der Schweiz Zukunftsmusik. Viele Autos sind dafür bereits gerüstet. Es gibt auch schon Wallboxen, die den Strom in beide Richtungen fliessen lassen können – allerdings sind diese derzeit noch sehr teuer. Doch da die Schweiz ein Flickenteppich unzähliger Stromanbieter ist, wird es so schnell keine einheitlichen Regeln und Tarife geben; hier ist die Politik gefordert. Aktuell muss mit jedem lokalen Stromanbieter einzeln verhandelt werden, was einige Autoimporteure in der Schweiz aktuell tun. Denn auch die Autohersteller sind daran interessiert, diese Anwendungsmöglichkeiten des bidirektionalen Ladens voranzutreiben, weil sie das Elektroauto attraktiver machen.

Rahmenbedingungen klären

Noch gibt es also einige Hürden zu meistern, bevor die Vorteile des bidirektionalen Ladens voll ausgeschöpft werden können. Die technischen Voraussetzungen an Auto und Ladestationen müssen gegeben sein – nicht nur die entsprechenden Wechsel- und Gleichrichter, sondern auch die Software, damit Verbrauch, Bedarf, zur Verfügung stehende Energie und Ladestand des Fahrzeuges erfasst und aufeinander abgestimmt werden können. Darüber hinaus sind auch noch rechtliche und regulatorische Rahmenbedingungen zu klären: In vielen Ländern gibt es noch keine klaren gesetzlichen Regelungen für die Einspeisung von Strom aus privaten Elektroautos ins Netz.

Ein weiterer Aspekt, der berücksichtigt werden muss, ist die Auswirkung des bidirektionalen Ladens auf die Lebensdauer der Traktionsbatterie im Elektroauto. Jede Ladung und Entladung führt zu einer gewissen Abnutzung. Hier ist es wichtig sicherzustellen, dass diese zusätzlichen Zyklen die Lebensdauer der Batterie nicht übermässig verkürzen. Einige Hersteller arbeiten jedoch bereits an Technologien, um diese Abnutzung zu minimieren.

Das Potenzial des bidirektionalen Ladens ist jedenfalls enorm, wie auch eine Studie der ETH zeigt. Die Hochschule hat die Auswirkungen von V2G auf das Schweizer Stromsystem untersucht. Demnach würde damit nicht nur die Versorgungssicherheit im Land erhöht, sondern der Solarstrom könnte bis zu 70 Prozent effizienter genutzt werden. Ausserdem könnten die Energiesystemkosten um bis zu 6,5 Milliarden Franken reduziert werden.

Dave Schneider