Erfunden wurde das Auto einst, um Menschen von einem Ort zum anderen zu bringen. Daran änderte sich mehr als 100 Jahre lang nichts Wesentliches. Heute allerdings wird das Auto, genauer gesagt: seine Batterie, zum flexiblen Energiespeicher. Beim bidirektionalen Laden tanken Elektroautos nicht nur Strom aus dem Netz, sondern können ihn auch an externe Geräte, an das eigene Heim oder sogar in das öffentliche Stromnetz wieder abgeben. Damit wird es möglich, mit dem Auto am Arbitragehandel auf dem Strommarkt teilzunehmen – also zu Zeiten günstiger Strompreise die Batterie aufzuladen und diesen Strom bei gestiegenen Preisen wieder zu verkaufen, wodurch die Batterie entladen wird. „Auch wenn gegenwärtig noch einige regulatorische Hürden für Privatkunden bestehen, bietet das bidirektionale Laden eine Vielfalt an Möglichkeiten, auf intelligente Weise die Effizienz unserer Energiesysteme zu optimieren“, sagt Louisa Wasmeier von der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) in München.
Im Fachjargon werden solche Anwendungen als Vehicle to X oder kurz V2X bezeichnet, wobei X ganz unterschiedliche Möglichkeiten beinhaltet. Die Vehicle to Load (V2L) ist technisch einfach und bezeichnet den Anschluss an einen externen Verbraucher. Das kann ein Campingkühlschrank, Werkzeug oder auch Notstrom fürs Zuhause sein. Während V2L eher eine praktische Lösung für Alltagszwecke darstellt, sollen Vehicle to Home (V2H) und Vehicle to Grid (V2G) künftig eine tragende Rolle im Energiesystem spielen. In beiden Fällen ist der Name Programm. V2H steht für die Anbindung des Elektroautos an das eigene Haus, und bei V2G wird das Fahrzeug an das öffentliche Stromnetz gekoppelt.
Arbitragehandel mit der Autobatterie
„Für die Rückspeisung der geladenen Energie aus dem Fahrzeug benötigt man eine spezielle Wallbox, die bidirektionales Laden ermöglicht und als Schnittstelle dient“, sagt Wasmeier. Dabei gelte es zu berücksichtigen, ob die Wallbox das Auto mit Gleichstrom oder Wechselstrom lädt. Das Stromnetz läuft mit Wechselstrom, das Elektroauto mit Gleichstrom. Entweder im Auto oder in der Wallbox müssen also die entsprechenden Gleich- beziehungsweise Wechselrichter verbaut sein. Das schlägt auf den Preis für Wallboxen durch. So kostet eine Gleichstrom-Wallbox, die bidirektionales Laden gestattet, gegenwärtig mehrere Tausend Euro. Die in Deutschland noch nicht erhältlichen Wechselstrom-Wallboxen sind günstiger und kosten etwa die Hälfte – dafür muss das Auto dann die entsprechende Technik an Bord haben, nämlich einen bidirektionalen Onboard-Wechselrichter.
Mit einem solchen Anschluss verwandelt sich das Auto in eine vielseitig nutzbare Batterie. „Die meiste Zeit steht ein Kraftfahrzeug ohnehin“, sagt Hinrich Prause von der Nationalen Leitstelle Ladeinfrastruktur. „In dieser Zeit stellen Elektrofahrzeuge mit ihren leistungsstarken Batterien eine erhebliche Speicherressource dar.“ So ermöglicht es eine intelligente Laderegelung, die Autobatterie dann aufzuladen, wenn der Strom günstig ist. Mit V2H lässt sich dieser Strom nutzen, um etwa die hauseigene Wärmepumpe oder andere Verbraucher zu betreiben, wenn der Netzstrom gerade teurer ist.
An Stromkosten sparen
„Die intelligente Nutzung von V2H und V2G kann zu spürbaren Einsparungen bei den Stromkosten führen“, sagt FfE-Expertin Wasmeier. Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft hat in unterschiedlichen Szenarien durchgerechnet, wie Privatnutzer profitieren können. Wer eine Photovoltaikanlage auf dem Dach hat und die Autobatterie per V2H zur Eigenbedarfsoptimierung einsetzt – etwa um nachts Strom zu sparen –, kann die Stromkosten im Jahr um rund 350 Euro senken. Ein Pendler, der ein E-Auto fährt, dessen Batterie eine Speicherkapazität von 80 Kilowattstunden hat, und bei ungesteuertem Laden Kfz-Stromkosten von 1000 Euro pro Jahr zahlen muss, kann den Betrag durch V2G um rund ein Drittel reduzieren. Die Ersparnis könnte höher ausfallen, doch – noch – werden Netzentgelte beim Laden für den zwischengespeicherten Strom fällig, was die Ersparnis schmälert. Derzeit diskutiert die Bundesregierung, wie mit den Netzentgelten künftig verfahren werden soll: So könnte eine neue Regelung in Paragraf 14a des Energiewirtschaftsgesetzes bei der Wahl eines dynamischen Netzentgelts die Stromkosten sogar auf weniger als 100 Euro vergünstigen.
Der Teufel liegt im Detail: Wie will man damit umgehen, wenn Angestellte bei ihrem Arbeitgeber kostenlos Strom tanken, den sie dann zu Hause gewinnbringend verkaufen? Die Politik will auch vermeiden, dass Strom aus fossilen Quellen mit gefördertem Grünstrom im selben Topf landet. Im nationalen Masterplan Ladeinfrastruktur II wurden deshalb die notwendigen Regularien erarbeitet, um fairen und diskriminierungsfreien Zugang für alle Marktteilnehmer zu gewährleisten.
Ein Standard für alle
Die Bundesregierung hat sich im Koalitionsvertrag geeinigt, die rechtlichen, technischen, steuerlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zum bidirektionalen Laden zu verbessern. So stehen heute die proprietären Standards der Anbieter einer breiteren Nutzung noch entgegen. „Künftig soll es ein industrieweiter Standard ermöglichen, jede Wallbox mit jedem Elektroauto interoperabel zu verwenden“, sagt Manager Prause. Die Roadmap Bidirektionales Laden der Nationalen Leitstelle Ladeinfrastruktur sieht hierfür ungefähr das Jahr 2028 vor. Dann wird mit dem Markthochlauf nicht nur die Technik deutlich billiger werden; auch die Verdienst- beziehungsweise Einsparmöglichkeiten sollen attraktiver werden.
Bereits die vorige Bundesregierung hat mit anderen europäischen Ländern eine „Koalition der Willigen“ vereinbart, um das bidirektionale Laden voranzubringen. In Frankreich etwa treiben Renault und Mobility House erste V2G-Lösungen voran.
Insbesondere die Digitalisierung muss vorankommen, wenn eine E-Fahrzeug-Flotte am Stromregelmarkt teilnehmen und dabei auch die Stromnetze entlasten soll. „Eine gewisse Befürchtung bei ungesteuertem Laden besteht aktuell darin, dass die Stromnetze überlastet werden, wenn abends alle Angestellten nach Hause kommen und ihr Auto gleichzeitig aufladen wollen“, sagt FfE-Expertin Wasmeier. „Mit intelligenter Ladesteuerung lässt sich das vermeiden. Die Nutzer können sogar Kosten sparen, wenn sie den Ladevorgang hin zu Zeiten günstigeren Stroms verschieben.“ Es ist eine durchaus anspruchsvolle Optimierungsaufgabe, dies mit dem Verbrauch im Haus zu koppeln und dabei die Leistungsfähigkeit der Verteilnetze im Blick zu behalten. Es ist gut vorstellbar, dass spezielle Algorithmen mit Künstlicher Intelligenz bei solchen Optimierungsaufgaben helfen werden.
Spielen die Nutzer mit?
Doch werden die Autobesitzer diese Optionen überhaupt wahrnehmen wollen? Viele befürchten, dass die zusätzlichen Lade- und Entladevorgänge die Autobatterie vorzeitig altern lassen. Das macht gegebenenfalls kostspieligen Ersatz erforderlich, der schnell alle finanziellen Vorteile zunichtemacht.
Diese Sorge scheint übertrieben, denn Batterien kennen vor allem zwei Arten der Alterung: die kalendarische (das Alter) und die zyklische, die mit der Anzahl und Art der Lade- und Entladevorgänge zu tun hat. Zwar erhöht sich beim bidirektionalen Laden die Anzahl der Zyklen, doch handelt es sich erstens meist nicht um vollständiges Auf- und Entladen der Autobatterie, und zweitens geschieht dies nicht mit hoher Stromstärke. In den meisten Nutzungsszenarien fließen deutlich weniger Ampere durch die Ladekabel als etwa beim Schnellladen. Langsame Ladevorgänge sind für moderne Batterien sehr schonend und haben keinen starken Effekt auf die Kapazität. Was bidirektionales Laden nur noch attraktiver macht.
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