Bidirektionales Laden

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enomo kümmert sich seit 2015 darum, die Elektromobilität voranzubringen und für alle einfach erlebbar und nutzbar zu machen. Der Anstieg der Verkaufszahlen von reinen E-Fahrzeugen in den letzten Jahren spricht für sich, auch wenn wir für uns nur einen klitzekleinen Teil dieses Erfolges reklamieren wollen. enomo hat die Elektromobiltät schon immer in einem Gesamtzusammenhang mit dezentraler Energieerzeugung in Bürgerhand verstanden und die Kopplung der Sektoren Stromerzeugung durch private Photovoltaik, dezentrale Stromspeicherung und Eigenverbrauch des selber produzierten Stroms propagiert.

Was 2015 vielleicht noch wie eine Utopie oder Spinnerei einiger Freaks abgetan werden konnte, ist heute längst etablierter Usus in vielen Privathaushalten, aber auch zunehmend bei Unternehmen.

Jetzt ist es an der Zeit, den nächsten Schritt zu machen, sowohl in der E-Mobilität als auch bei der dezentralen, privaten Stromerzeugung: Bidirektionales Laden wird der GameChanger der nächsten Jahre werden.

Noch ein Wort zu uns, v2h-jetzt.de und dem Team hinter dem Projekt. v2h-jetzt.de besteht aus Eckhard Wolf (Dipl.-Ing. Elektrotechnik, content-Lieferer und die Person hinter den Mails), Dr. Dipl.-Ing. Michael Fipper (Gesellschafter der enomo GmbH und E-Mobilitäts-Ermöglicher in den schwierigen Fällen), Ulrich Nießen (Geschäftsführer der enomo GmbH und Redakteur der Seite).

Der wichtigste Teil des Projektes sind aber Sie, als Input-Geber, kritischer User und Multiplikator.

Wenn Sie inhaltliche Anregungen haben, eigene Aspekte beitragen möchten, fundiertes Expertenwissen einbringen wollen und sowieso immer schon E-Mobilist waren, freuen wir uns auf Ihr Feed-Back und Ihre Meinung.

Bidirektionales Laden – was steckt dahinter?

Bidirektionales Laden beschreibt vereinfacht ausgedrückt, dass ein E-Auto nicht nur mit Strom aus dem öffentlichen Stromnetz und/oder der eigenen PV-Anlage oder sonstigen Erneuerbare-Energien-Anlage beladen wird, sondern seinen gespeicherten Strom auch wieder dem Netz zur Verfügung stellt – sei es dem öffentlichen Stromnetz oder nur dem privaten Stromnetz in Ihrem Haus oder Betrieb.

Ein E-Auto hat bislang vorrangig die Funktion und Aufgabe, seine Passagiere umweltfreundlich und angenehm leise von A nach B zu bringen. Das machen E-Autos sehr gut. Wenn man sich die statistischen Daten anschaut, so bewegt ein E-Auto seinen Fahrer und die Passagiere durchschnittlich zwischen 50 und 60 Kilometer am Tag – und steht 23 Stunden ungenutzt irgendwo in der Gegend rum; über Nacht i.d.R. bei Ihnen in der Garage oder Einfahrt. Was für eine Vergeudung von Ressourcen!

Denn während Ihr E-Auto ungenutzt stillsteht, wissen die Stromnetzbetreiber und Versorger zeitweise nicht, wohin mit dem ganzen Strom aus EE-Anlagen oder wo sie bei sog. Spitzenlasten den Strom schnell genug herbekommen sollen. Stellen Sie sich vor, Ihr E-Auto könnte hier als Puffer dienen mit seinem für den Tagesverbrauch eigentlich viel zu großen Akku: 15 Millionen E-Autos (Zulassungsziel der Bundesregierung bis 2030) mit – konservativ gerechnet – durchschnittlich nur 40 kWh Akkukapazität haben ein gesamtes theoretisches Energiespeichervolumen von 600 Millionen Kilowattstunden, das sind gigantische 600 Gigawattstunden (GWh), die täglich genutzt werden könnten. Auf das Jahr gerechnet ergeben sich so vereinfacht 219 Terrawattstunden (TWh), was ungefähr der halben Stromproduktion in Deutschland im Jahr 2023 entspricht (Netto-Stromerzeugung 2023 laut Bundesnetzagentur BNA: 448,5 TWh).

Wichtigste Voraussetzung: Ihr E-Auto müsste mehr oder weniger permanent an das Stromnetz angeschlossen sein.

Verschiedene Interessengruppen versuchen dieses Potential für sich zu nutzen, resp. „Business Cases“ / Geschäftsmodelle zu entwickeln. Es ergeben sich insbesondere zwei Geschäftsmodelle, aber mit unterschiedlichen Möglichkeiten für den E-Autobesitzer:

Vehicle-to-Grid (V2G), also „Auto-ans-Netz“, mit allen regulatorischen und technischen Hemmnissen;
Vehicle-to-Home (V2H), ebenfalls am Netz, aber „behind-the-meter“, im Hausnetz und ohne großes Regelwerk umsetzbar

V2H-BiDi-Laden als gelebte Sektorenkopplung

Bidirektionales Laden wird der entscheidende Schub für die E-Mobilität und den PV-Dachausbau sein. Denn damit kann Energie problemlos zwischen E-Auto und Haushalt hin und her verschoben werden. Erzeugt wird der Strom vom PV-Dach, sodass geringste Kosten und maximale Flexibilität zusammenkommen.

Da bei V2H (vehicle-to-home) im Gegensatz zu V2G (vehicle-to-grid) keine Dritten wie Netzbetreiber oder Energiehändler im Spiel sind und keine komplexen Abrechnungen erforderlich werden, ist es für den Eigentümer wesentlich einfacher umzusetzen. Er ist der Handelnde und autonom in seinen Entscheidungen.

Wir kümmern uns hier nur ausschließlich um V2H, weil es

· die am einfachsten umzusetzende Anwendung (wenn die Komponenten E-Auto und Wallbox verfügbar sind) ist

· der PV-Dachbesitzer sofort den Vorteil in der Eigenverbrauchsoptimierung sehen kann

· der Speicher im E-Auto besser genutzt werden kann und länger lebt

· der Speicher den Autarkiegrad – insbesondere im Winterhalbjahr – deutlich nach oben bringt

· die Kosten nicht wesentlich höher als bei AC-Überschußladen sind

· V2G komplex und vermutlich dem PV-Dachbesitzer keinen Mehrwert bringen wird.

Weiteres zu allen anderen V2X (vehicle-to-anything) Varianten finden Sie im Glossar.

Wenn Sie Themen oder Fragen haben, schreiben sie uns gerne im Kontaktformular (weiter unten).

Technische Grundlagen und Voraussetzungen für das V2H-System

Für das V2H-System sind bestimmte technische Grundlagen und Voraussetzungen erforderlich:

Ein batterie-elektrisches Fahrzeug mir bidirektionaler Ladefähigkeit:
- Das Fahrzeug muss über einen OnBordCahrger (OBC) mit AC-bidi-Fähigkeit verfügen, der den bidirektionalen Energiefluss erlaubt; es muss also eine Rückumwandlung des Gleichstroms der Batterie (DC) in Wechselstrom AC noch im Fahrzeug erfolgen. Das Fahrzeug muss darüber hinaus die Kommunikation mit dem Energiezähler im Hausnetz ermöglichen.

oder

- Eine bidirektionale Ladestation: Die DC-bidi-Wallbox wird mittels CCS Stecker (Schnell-Ladestecker für Gleichstrom laden) direkt an die E-Auto Batterie angeschlossen, analog zum Verfahren an der DC Schnellladesäule. Die DC-bidi-Wallbox dient als Schnittstelle zwischen dem E-Auto und dem Hausnetz. Sie ermöglicht die Steuerung des Energieflusses und die Kommunikation zwischen beiden.
Eine geeignete Hausinstallation: Das Hausnetz muss für den bidirektionalen Energiefluss ausreichend dimensioniert und mit der Ladestation verbunden sein.
Eine Kommunikation muss eingerichtet sein, die zumindest den Hausenergiezähler und das E-Auto verbindet.
Eine PV-Anlage (Photovoltaikanlage): Im Prinzip zwingend erforderlich, denn nur so kommen Sie täglich an den günstigen Strom aus eigener Produktion.

Mit diesen technischen Grundlagen und Voraussetzungen kann das V2H-System erfolgreich implementiert werden, um die eigene Sektorkopplung zu ermöglichen und die Stromkosten dauerhaft zu senken.

Zukunftsperspektiven und Entwicklungen im Bereich V2H

Die Anwendung V2H-Laden hat ein großes Potenzial und wir wollen die Entwicklungen vorantreiben.

Für eine Zukunftsperspektive benötigen V2H-Technologien kein Smart-Grid, alle Daten bleiben im Haus.

Die größere E-Auto Batterie ermöglicht eine deutlich größere Entlastung vom Stromnetz als aktuelle Heimspeicher.

Die breite Verfügbarkeit von V2H ermöglicht eine effektive Sektorenkopplung und wird die Verbreitung von PV Dächern weiter voranbringen.

Es ist eine herausragende Exporttechnologie in Länder mit noch mehr Sonne, schwächeren Netzen und dient der weltweiten Verdrängung von Verbrennern.

Hier können insbesondere kostengünstige 4,2 kW DC-BiDi-Wallboxen einen mächtigen Punkt machen, da viele (auch außereuropäische) Netze in dünn besiedelten Regionen 1-phasig sind.

Glossar

V2X Varianten:
- V2H(ome): Siehe oben.
  V2G(rid): Hier können E-Auto-Besitzer ihre Fahrzeuge nicht nur aufladen, wenn der Strompreis niedrig ist, sondern auch Energie aus ihrem Fahrzeug zurück ins Netz abgeben, wenn die Nachfrage hoch ist, das Netz Stabilitätsprobleme hat und die entsprechende Vergütung interessant ist.
- Dadurch können E-Auto-Besitzer Geld sparen und gleichzeitig zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen.
  Der Begriff V2G sollten besser mit V2M (Vehicle-to-Market) betitelt werden. Denn hier nimmt das E-Auto am Energiemarkt teil. Die Anforderungen sind wesentlich komplexer als bei V2H. Zunächst muss eine manipulationssichere Messtechnik installiert werden, die vermutlich regelmäßig zertifiziert werden muss.
  Der Netzbetreiber muss mit dem Betrieb einverstanden sein, denn sie werden hiermit zum Erzeuger gemäß EnWG.
  Dann ist ein Energiehändler erforderlich, der die Energiemengen abruft und ggfs. auch für das Nachladen verantwortlich zeichnet (oder wollen Sie dann die Zeiten für den günstigen Nachladestrom eigenständig herauszusuchen und für welchen Zeitraum?).
  Der Energiehändler benötigt in seinem Handelsbezirk auch nicht nur 1 Auto, sondern viele, die dann auch verfügbar sein müssen, sprich an der BiDi-Station stehen und verbunden sind.
- V2L oder V2D: Vehicle-to-Load oder -Device:
  Unter “Load” oder “Device” sind einzelne Stromverbraucher zu verstehen, also eine Bohrmaschine auf der Baustelle oder beim Camping der Fernseher (wer’s denn braucht). Der Wechselrichter im E-Auto betreibt ein „Inselnetz“. Dieses darf nicht mit dem öffentlichen Netz verbunden werden.
  V2M(arket): siehe V2G
AC-BiDi Laden:
Grundsätzliches: Auto-Hersteller wollen möglichst das „Weltauto“ herstellen, ein Modell für die ganze Welt. Was für das E-Auto schon eine Herausforderung ist, ist bei den sogenannten Grid Codes (Netzanschlussbedingungen der lokalen Netzbetreiber) eine nochmals größere.

AC-Grid Codes: Jedes Land hat Netzanschlussbedingungen und zugehörige Regularien, in Deutschland sind diese z.B. in der VDE-AR 4105 festgelegt.

Europa hat die grundlegenden Anforderungen in den „Request for Generators“ festgelegt. Diese müssen die Hersteller für ihre Zielmärkte/-länder berücksichtigen und implementieren. Ein E-Auto Import von Deutschland nach Norwegen wird damit dann zur noch höheren Herausforderung.

Kommunikation: Es muss eine Informationsverbindung vom Energiezähler im Haus zum E-Auto hergestellt werden. Dem OnBoardCharger (OBC) muss ja gesagt werden, ob und wieviel er exportieren soll oder wann ein Überschuss zum Laden besteht. Systeme hierzu gibt es unzählige, u.a. Power Line Communication (PLC), wLan, ZigBee, etc.. Die Frage ist, welches wählt der Hersteller und ist es dann kompatibel mit dem hauseigenen, sofern bereits vorhanden. Die Vielfalt kann zum weiteren Problem werden. Und wenn dann noch der §14a des EnWG greift (> 4,2 kW), dann dürfen ggfs. nur zertifizierte Lösungen eingesetzt werden.

Aus unserer Sicht ist AC-BiDi selbstverständlich eine Option, aber DC-BiDi ist einfacher umzusetzen.

DC-BiDi Laden:
Die DC-BiDi-Wallbox ist die Schnittstelle zum Hausnetz und zum E-Auto. Damit sind die Grid Codes einfachst regional zu lösen, das E-Auto ist vollständig außen vor.
Kommunikation: Kann zwischen E-Auto und DC-BiDi-Wallbox aufgebaut werden. Sie wird vom Hausnetz entkoppelt und damit einfacher, flexibler gestaltet werden.

Es wird vermutlich nur ein E-Auto die V2H Verbindung zum Haushalt übernehmen, keine Freunde oder sonstige Flottenfahrzeuge. Damit hält sich die Komplexität der Implementierung erst einmal im Rahmen.

Auch die Vorgaben des §14a EnWG werden einfacher umzusetzen und zu erfüllen sein, da beim DC-BiDi Laden nur der Wallbox-Hersteller für die Einhaltung der Vorgaben Sorge tragen muss, nicht auch noch der Fahrzeughersteller.

DC-Grid Codes: Die Netzanschlussbedingungen, die in jedem Land einzuhalten sind. Hier dürften DC-BiDi-Wallboxen im Vorteil sein, da lokale Hersteller einfacher agieren können.
Bis die E-Auto-Hersteller mit den tausenden Netzbetreibern eine gemeinsame Basis finden werden, um auch AC-BiDi-Laden zu betreiben, dürfte es noch dauern.
Kommunikation / DIN ISO 15118-20: Hier sind die Anforderungen an die Kommunikation mit dem E-Auto beschrieben. Sie ist sehr komplex und aufwändig für die Hersteller zu implementieren. Erste Hersteller haben es bereits teilweise implementiert, fehlt nur die Freigabe für V2H.
E-Auto Batterie: Die Batterie hat in der Regel eine Kapazität von größer 25 kWh, häufig zwischen 40 und 60 kWh oder mehr. Sie immer im geladenen Zustand zu halten, führt nicht zu einer längeren Gebrauchsdauer. Eine Li-Ion Batterie braucht „Bewegung“, ständige – kleinere – Zyklen sind für die Gebrauchsdauer besser als keine. V2H ist damit die ideale „Stand“-Nutzung.
Eine Li-Ion Batterie wird nicht über die Anzahl der genutzten Vollzyklen „sterben“, sondern über die Kalenderjahre. Das Ende der Gebrauchsdauer wird üblicherweise mit 70% oder 80% SOH (State-of Health = „Gesundheitszustand“) definiert. Gemeint ist damit die aktuelle Speicherkapazität im Verhältnis zur ursprünglichen im Neu-Zustand. Damit ist die Li-Ion Batterie aber nicht kaputt, sondern hat nur das kalkulierte Ende der Gebrauchsdauer im E-Auto erreicht.
E-Autos:
- Renault: R5 kann es zumindest zurzeit (08/2024) nur in Frankreich, wo jetzt V2G anläuft.
- Kia: EV 9 soll es können, bestätigt nur aus den USA. Aktuell ist in Deutschland nur V2L möglich.
- VW: Es wird eine Lösung über E3/DC angeboten, allerdings nur für ausgewählte Haushalte.

>> Wer Erfahrungen hat, kann diese gerne mit uns per Mail teilen. <<

Energiewirtschaftsgesetz (EnWG): Gibt die Spielregeln in der Energieerzeugung vor.
§14a EnWG: Mit Beschluss der Bundesnetzagentur BNetzA vom 27. November 2023 bekommen Netzbetreiber zukünftig einen Durchgriff auf bestimmte Verbraucher, u.a. Wallboxen, sofern diese einen elektrischen Anschlusswert größer 4,2 kW besitzen.
Notstromversorgung: Erfolgt diese ausschließlich durch eine Batterie, ist die Lösung relativ einfach. Soll aber bei verfügbarer Sonneneinstrahlung auch die PV Erzeugung eingebunden werden, wird es komplexer. Es ist selbstverständlich machbar, es muss nur gefordert werden.
AC Überschussladung: Heutige Standardlösung für die Nutzung von PV Überschussladung, aber nur unidirektional.
Steckverbindungen:
- CHAdeMO: Die asiatische Variante kann DC-BiDi-Laden von Anfang an. Die japanische Regierung hat genau diese Notstromversorgung bei den zahlreichen Erdbeben in Japan im Sinn gehabt, um lokal und dezentral auch bei einem Zusammenbruch der öffentlichen Netze in den Haushalten Strom zu haben. Leider wurde dies nie richtig kommuniziert und CHAdeMo wird in Europa durch CCS verdrängt. CHAdeMO Wallboxen sind teuer und es gibt nur wenige Hersteller. Wer Erfahrungen hat, kann diese uns gerne über das Informationsformular (siehe unten) mitteilen.
- CCS / Combo2: Notwendig für das DC Schnellladen und für DC-BiDi-Laden
- Type 2 / AC: Der OnBoardCharger (OBC) muss AC-BiDi können und die Kommunikation muss implementiert sein.
PV Anlage: Die durchschnittliche Größe einer PV Dachanlage in Deutschland beträgt ungefähr 10 kWp, damit lohnt sich V2H in jedem Fall. Bei kleiner als 6 kWp bleibt im Winterhalbjahr vermutlich zu wenig selbst produzierter Strom als PV-Überschuss übrig.
Wird eine strombasierte Heizung verwendet, wäre vermutlich 10 kWp eine Untergrenze. Hier kommt es auf das individuelle Erzeugungs- und Lastprofil an.

Haben Sie Fragen, Anregungen, fundierte Kommentare, dann melden Sie sich gerne per Mail an: info@v2h-jetzt.de