1.000 Euro sparen durch flexibles Laden

Im Unterschied zum unidirektionalen Laden fließt die Energie beim bidirektionalen Laden nicht nur in eine Richtung, also nicht nur von der Steckdose oder der Wallbox ins Auto. Stattdessen kann sie beim bidirektionalen Laden in zwei Richtungen gelenkt werden. Das heißt, ein Akku kann über dieselbe Verbindung, über die er mit Strom versorgt wird, auch andere Geräte mit Strom versorgen.

Im Grunde ist die Technik des bidirektionalen Ladens damit nicht weniger als eine Revolution in Sachen Energieversorgung. Denn beim E-Auto galt – übrigens genau wie beim Verbrenner auch: Ist die Energie in Form von Strom oder Kraftstoff einmal dem Fahrzeug zugeführt, kann sie nur noch für einen Zweck genutzt werden, das Fahren. Klar konnte man mit einem Schlauch einer großen Lunge und ein wenig Fingerspitzengefühl aus einem Benzintank wieder ein paar Liter Sprit abzapfen, diese Form der Umnutzung ist aber in etwa so innovativ wie das Handy oder den Laptop über die USB-Anschlüsse im Auto zu laden. Das eigentliche Potential des Tanks und der Batterie bleibt ungenutzt.

Durch bidirektionales Laden wird erstmals ein standardisiertes Verfahren angewendet, bei dem das Auto einen weiteren, ganz eigenen Nutzen zukommt, dass nichts mehr mit dem Thema Mobilität zu tun hat.

Im Grunde passiert beim bidirektionalen Laden dasselbe wie beim Laden des Autos. Strom fließt von einer Energiequelle zu einem Verbraucher. Während beim unidirektionalen Laden des E-Autos allerdings immer das Elektroauto der Verbraucher ist, kann es beim Bidirektionalen Laden auch als Energiequelle genutzt werden. Dafür muss es entweder direkt mit einem Verbraucher verbunden sein, indem beispielsweise wie bei Kia oder Hyundai bei Fahrzeugen wie dem EV6 oder dem Ioniq 5 ein Adapter die Ladedose der Fahrzeuge zu einem Schuko-Stecker macht, der dann einzelne Verbraucher wie eine Elektrokettensäge, eine Kaffeemaschine oder auch die Beleuchtung fürs Gartenfest mit Energie versorgt.

Durch bidirektionales Laden können Fahrzeuge aber auch bereits vorhandene Stromnetze, wie beispielsweise das Netz eines Hauses, samt Verbrauchern wie Kühlschränke oder WLAN-Router mit Strom versorgen. Dann wird der Strom vom Fahrzeug über den Verteilerkasten eingespeist, sodass, ähnlich wie es die Besitzer einer Solaranlage kennen, nur wenig oder sogar gar kein Strom aus dem Verteilnetz der Energieversorger nötig und das Haus autark mit Strom versorgt ist.

Bestenfalls wird alles zentral gesteuert

Die dritte und derzeit noch futuristischste Variante des bidirektionalen Ladens ist die Anbindung und Steuerung der Stromabgabe direkt durch das Verteilnetz. Das heißt, der Strom wird nicht nur direkt im Haus verbraucht, sondern das Auto beziehungsweise der Akku und seine Energieabgabe werden so gesteuert, wie das Gaskraftwerk im Nachbarort. Gerade bei diesem Vergleich wird aber schnell klar, dass ein einzelnes Auto im Vergleich zu einem großen Kraftwerk nur wenig für die Energieversorgung mehrerer Haushalte oder gar industrieller Anlagen beitragen kann. Deshalb arbeiten Forscher an Projekten, die mehrere Autos zu einer Art virtuellem Kraftwerk zusammenfassen. Das könnten Netzbetreiber dann entsprechend steuern. Einfaches Beispiel: Fahrzeuge aus einer Straße, in der viele Elektroautos an der Wallbox hängen könnten die Häuser einer anderen Straße mit Strom speisen, über der gerade Wolken Schatten auf die Solardächer werfen.

Von vielen Experten wird die Technik als der Wegbereiter für die Energiewende gehandelt. Denn das Problem vieler Prozesse der CO2-freien Energieproduktion ist, dass sie unstet sind. Soll heißen, die Menge der produzierten Energie verändert sich ständig und vielleicht viel problematischer: Die Spitzen der Energieproduktion passen oft nicht zu den Spitzen auf der Nachfrageseite, also den Bedarf von Bürgern und Unternehmen.

Bidirektionales Laden ermöglicht die Zwischenpeicherung überschüssigen Stroms, den beispielsweise Solarkraftwerke mittags liefern, um ihn abends, wenn alle das Licht anschalten, weil die Sonne nicht mehr scheint, zu verbrauchen.

Diese Technik ist an sich nichts neues, denn bereits heute, gibt es Solaranlagen mit Heimspeichern, die es den Hausbewohnern ermöglichen, den geernteten Sonnenstrom des Tages am Abend und in der Nacht zu nutzen.

In diesem Szenario stellt ein Auto-Akku schlicht eine (beträchtliche) Vergrößerung der Kapazität des Heimspeichers dar. In genau dieser Kapazitätsvergrößerung liegt auch der Vorteil der E-Auto-Akkus. Denn übliche Heimspeicher-Akkus kommen in der Regel auf Kapazitäten von 10 kWh. Selbst moderne Elektro-Kleinwagen liefern aber schon etwa 45 kWh, große Limousinen und SUV teils sogar über 100 kWh.

Große Auto-Akkus sind besser fürs Stromnetz

Diese Größe hat gleich mehrere Vorteile für die Verwendung als Zwischenspeicher. Zum einen wird der Speicher nicht nur für einen einzigen Zweck genutzt, das heißt seine Amortisation und die aufgewendeten Ressourcen rechnen sich schneller. Zum anderen liefert der große Akku viel Potential zur Aufnahme von überschüssiger Energie. Er kann also nicht Strom speichern, der in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs entsteht, etwa in der Solaranlage auf dem Dach des Carports, sondern auch den Strom von Windparks, die weiter entfernt sind.

Auf diesem Weg und verbunden mit einem vernetzen und intelligent gesteuerten Stromnetz können die Auto-Akkus nicht nur Energiequelle genutzt werden. Denn selbst wenn nur ein kleiner Teil der verfügbaren Akkukapazität des Autos dem Netzbetreiber zur Verfügung gestellt wird, bietet das einen enormen Mehrwert. Dort kann er dann überschlüssige Energie dezentral speichern und wieder abrufen, wenn ein Engpass droht. Im Grunde macht der Energieversorger damit dasselbe wie oben mit dem Tag- und Nachtstromtarif beschrieben – nur eben in einem größeren Maßstab.

Bald übersteigt die Kapazität der Autos die der Windparks

Damit sich das lohnt, sind aber viele 100 oder sogar mehrere 1.000 Elektroautos nötig. Dadurch steigt das gesamte Potential des virtuellen Kraftwerks, auch längere Phasen der Stromknappheit im Netz zu überbrücken. Zum anderen sinkt durch die Vielzahl die potenzielle Belastung für das einzelne Fahrzeug. So kann es ausreichen, wenn der Netzbetreiber nur auf 10 Prozent des Akkus zugreift. Denn selbst wenn beispielsweise nur 10 Prozent des Akkus eines einzelnen Corsa-e mit 46 kWh bereit stehen, entspricht das bei allen Corsa-e, die in den ersten 9 Monaten 2022 allein in Deutschland neu zugelassen wurden (9.654 Einheiten) einer Kapazität von 44,4 Megawattstunden. Damit würden allein diese Opel Corsa-E mehr als 10 Prozent der Energie bereitstellen können, die die beiden größten deutschen Offshore-Windpark Global Tech 1 und BARD Offshore 1 jeweils in einer Stunde liefern, wenn sie zu ihrer Hochform auflaufen. Entsprechend groß ist das Potential, wenn künftig alle Elektroautos fit gemacht werden, bidirektionales Laden zu unterstützen.

Denn auch für die so genannten netzdienlichen Funktionen können E-Autos genutzt werden. Dabei handelt es sich um Stabilisierungsfunktionen, die verhindern das Stromnetz aus seinem genormten 50 Hertz-Takt kommt. Bislang übernehmen große Stromversorger diese Aufgabe. Durch eine Vernetzung mehrer 100 oder gar 1000er Auto-Akkus könnte diese Funktion mittelfristig aber auch über Fahrzeuge (mit-)geleistet werden, die bidirektional Laden können.

Neben der Möglichkeit der Erweiterung des eigenen Heimspeicher, der etwa an der Solaranlage hängt, gibt es im Wesentlichen zwei Anwendungen, die bidirektionales Laden auch für Autofahrer attraktiv machen, die keine eigene Energie produzieren.

Zum einen sind das die schwankenden Strompreise. Denn während die meisten Anbieter beim Preis nicht unterscheiden, wann der Strom verbraucht wird, ist es in vielen anderen Ländern längst üblich den Strom günstiger an die Kunden weiterzugeben, wenn er an der Strombörse günstig zur Verfügung steht – und teuer, wenn er eben teuer eingekauft werden muss. In Deutschland kennt man dieses Prinzip von den so genannten Nachtstromtarifen, die etwa Stromkunden mit Nachtspeicheröfen nutzen. Mit solchen Tarifen wird der Strom nachts in einer definierten Zeitspanne günstiger angeboten, wenn das Stromnetz viel überschüssige Energie bereithält, als tagsüber, wenn der Gesamtstrombedarf höher ist. Günstigere Tarife nutzen aber auch Wärmepumpen, deren Betrieb zwar eine bestimmte tägliche Dauer erforderlich ist, bei denen der Zeitpunkt aber eine untergeordnete Rolle spielt.

Strompreisunterschiede zwischen Tag und Nacht wachsen

Genau dieser Logik entsprechend lässt sich mit dem bidirektionalen Laden nachts billiger, überschüssiger Strom (beispielsweise aus Windparks) im Auto puffern und morgens, wenn der Gesamtstrombedarf im Netz und entsprechend die Preise höher sind, fürs Kaffeekochen, Duschen oder Heizen genutzt werden. Das mag marginal klingen, aktuell unterscheiden sich die Strompreise zwischen Tag- und Nachstrom in Deutschland aber zwischen 10 und 20 Prozent. Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien wird dieser Unterschied vermutlich noch weiter steigen. Denn je mehr unstetige Energieproduktion das Netz speist, umso abhängiger sind die Netzbetreiber und Energieversorger davon, die Bedarfe zu steuern – und das erledigen Sie in der Regel über den Preis.

Theoretisch geht es aber sogar noch weiter. So könnten E-Autobesitzer durch bidirektionales Laden nicht nur sparen, sondern auch Geld verdienen. Einige Experten gehen sogar davon aus, dass man in Zukunft komplett kostenlos E-Auto fahren wird, da der Fahrstrom der meisten Autofahrer nur ein Bruchteil dessen darstellt, den das gesamte Stromnetz in Deutschland jeden Tag benötigt. Und wie lässt sich daraus nun Kapital schlagen? Indem die Autobesitzer für die Bereitstellung ihrer Akkukapazitäten von den Netzbetreibern entlohnt werden. Genauso wie die Netzbetreiber derzeit die großen Energieproduzenten für diese Tätigkeiten entlohnen, wenn sie für netzstabilisierende Maßnahmen Kraftwerke vom Netz holen oder anfahren.

Zahlreiche Experten gehen davon aus, dass bidirektionales Laden für die Akkus der Auto kein Problem darstellen wird. Denn erstens kommen moderne Lithium-Ionen-Akkus (NMC) schon heute gut und gerne auf mehr als 2.000 Ladezyklen, bevor sie das Zeitliche segnen. Technisch erreichen Stromer mit einem großen Akku daher mehr als eine Millionen Kilometer. Mit LFP-Akkus, die immer weitere Verbreitung finden, sind sogar mehr als 3.000 Zyklen möglich.

Zweitens sind die Be- und Entladeströme, mit denen die Experten rechnen, vergleichsweise niedrig. Während ein Porsche Taycan mit bis zu 270 kW an der Schnelladedose lädt, werden die Leistungen beim bidirektionalen Laden wohl kaum mehr als 20 kW betragen. Der Grund: Die meisten Hausanschlüsse, an denen die Wallboxen angeschlossen sind, haben in der Regel nicht viel mehr als 45 kW Anschlussleistung, oft sogar weniger. Zudem sind die Wallboxen im Hausbereich – egal ob AC oder DC meist auch nicht stärker als 22 kW. Hinzu kommen überschaubare Ladehübe – sprich: Die entnommenen Strommengen sind gering.

Große Akkus sind gut fürs Stromnetz

Der Chef der E-Antriebs- und Batterie-Entwicklung bei Volvo, Lutz Stiegler geht davon aus, dass die zeitliche Alterung der Auto-Akkus viel eher auftritt, als die durch Belastung hervorgerufene. Bidirektionales Laden sei daher kein Problem für die Akkus und würde auch die Alterung einer normal genutzten E-Auto-Batterie nicht beschleunigen. Es sei sogar klug, die wegen der Reichweitenangst großen Akkus über die Lebensdauer fürs bidirektionale Laden zu nutzen, ehe die kalendarische Alterung sie aus dem Markt nimmt – Voraussetzung ist natürlich auch eine kluge Software, deren Priorität das Wohlergehen des Akkus ist.

Aber machen wir das ganze etwas plastischer. Wenn man jetzt unter der Maßgabe eines Corsa-e optimistisch niedrigen Verbrauch von 15 kWh/100 Kilometer zu Grunde legt, kommt das Auto mit einem Vollladezyklus bei einer Nettoakkukapazität von 46 kWh rechnerisch 307 Kilometer weit. Unterstellt man dem Akku, dass er wenigstens 1.000 Zyklen durchhält, entspricht das rund einer Lebenslaufleistung von etwas mehr als 300.000 Kilometern. Geht man jetzt davon aus, dass ein Auto vom Netzbetreiber jeden Tag einmal komplett be- und entladen würde, würde er nur knapp drei Jahre durchhalten. Das sehen die Szenarien der Forscher aber gar nicht vor. Stattdessen rechnet man mit einer Kapazitätsfreigabe von rund 10 Prozent. Entsprechend unserer Rechnung sinkt die fahrbare Laufleistung des Autos daher auf 270.000 Kilometer und die Lebensdauer fürs bidirektionale Laden steigt auf 30 Jahre.

Bestenfalls bekommt der Autofahrer vom BDL nicht mit

Im ersten Fall ist die Schwächung des Akkus für den Autofahrer daher fast nicht spürbar, denn die durchschnittliche Außerbetriebnahme von Fahrzeugen in Deutschland erfolgt meist schon früher meist unter 200.000 Kilometer – und für den zweiten Fall, bei der zeitlichen Betrachtung gilt dasselbe. Denn im Schnitt werden Autos in Deutschland nicht älter als 20 Jahre.

Würde der Verbrauch des Corsa E auf üppige 20 kWh/100 km steigen bleiben so noch immer 207.000 Kilometer Lebenslaufleistung bei angenommenen 1000 Vollladezyklen.

Rein rechnerisch ist also alles im Lot. Damit das aber wirklich so bleibt, statten Autohersteller ihre Fahrzeuge in Sachen bidirektionalem Laden in der Regel mit Begrenzungen aus. So darf beispielsweise ein VW ID.5 GTX mit 77 kWh-Akku (netto) nach aktuellem Stand nur bis zu 10.000 kWh für maximal 4.000 Stunden für bidirektionales Laden eingesetzt werden. Danach schiebt die Software der Funktion einen Riegel vor. Auch Volvo will sich etwa im Fall des EX90 vorbehalten, die BDL-Funktionen einzuschränken, falls das Fahrzeug beispielsweise im Alltag besonders oft Schnellgeladen wird und der Akku dadurch im täglichen Betrieb außerordentlich viel Stress erfahren würde.

Im Wesentlichen gibt es zwei unterschiedliche Arten von bidirektionalem Laden – und die sind an die Art des Stromes gekoppelt, den das Auto abgibt.

Zum einen gibt es die Variante des DC-BDL: Hier wird der Gleichstrom des Akkus abgegeben. Da alle Stromnetze in Europa (mit wenigen Ausnahmen) aber auf Wechselstrom basieren, muss der Gleichstrom des Akkus in Wechselstrom gewandelt werden. Diese Aufgabe übernehmen dann spezielle DC-Wallboxen oder DC-Ladestationen, die in der Lage sind, nicht nur zu Laden sondern auch den Strom zu wandeln. Der Vorteil dieser Technik: Sie sind recht gut mit der deutschen Regulatorik der Stromnetze kompatibel und einfacher für den Netzbetreiber ins Stromnetz zu integrieren. Der Nachteil: Durch ihre komplizierte Leistungselektronik sind die Wallboxen recht teuer. Für Modelle mit CCS-Anschluss sind derzeit mit rund 10.000 Euro plus Installation zu rechnen. Für den kaum mehr genutzten Chademo-Ladestandard gibt es vereinzelt Systeme ab rund 6.000 Euro.

Die andere Variante ist das AC-BDL. Wie der Name schon sagt, wird hier direkt – im besten Fall sogar gleich auf drei Phasen – Wechselstrom vom Auto für das Stromnetz zur Verfügung gestellt. Der Vorteil: Die Anforderungen an die Wallbox sind wesentlich geringer, sodass hier weiterhin mit deutlich günstigere Hardware genügt. Denn statt die Leistungselektronik in die Wallbox auszulagern, greift der Autohersteller hier auf die vorhandenen AC-DC-Konverter zurück, die ohnehin für das Wechselstromladen an der AC-Wallbox in den Fahrzeugen verbaut sind. Allerdings ist nicht jeder AC-DC-Konverter darauf ausgelegt ist, die Ströme in beide Richtungen zu konvertieren. Genau das ist auch einer der Nachteile des Systems. Denn diese Vielseitigkeit macht das Bauteil und damit schlussendlich auch das Fahrzeug teurer. Außerdem ist die regulatorische Abstimmung mit dem Netzbetreiber bei diesem System komplizierter. Der muss das Fahrzeug zur Nutzung der BDL-Funktion für jeden einzelnen Standort registrieren und zulassen.