Die durchschnittliche Batterie eines Elektrofahrzeugs (EV) speichert etwa 60 kWh Energie – genug, um einen durchschnittlichen Haushalt zwei Tage lang mit Strom zu versorgen. Die 2,4 Millionen Elektrofahrzeuge in den USA entsprechen einer Speicherkapazität von etwa 147 GWh, was etwa dem Fünffachen der derzeit im Netz vorhandenen stationären Batteriespeicherkapazität entspricht. Obwohl die meisten der heute auf den Straßen fahrenden Elektrofahrzeuge nicht über bidirektionale Ladefunktionen verfügen, stellt diese Speicherkapazität eine weitgehend ungenutzte erneuerbare und dezentrale Ressource für Stromversorgungssysteme dar, die als Notstromversorgung, zum Lastausgleich und zur Flexibilisierung in Spitzenlastzeiten und für weitere Zwecke genutzt werden kann. Diese Vorteile tragen dazu bei, kostspielige Netzaufrüstungen aufzuschieben und erschwingliche Tarifstrukturen zu schaffen.
Die schnell wachsende Nachfrage nach Strom veranlasst Netzbetreiber dazu, sich um neue Erzeugungsanlagen zu bemühen. Virtuelle Kraftwerke (VPPs) sind eine innovative Lösung, die von Versorgungsunternehmen zunehmend genutzt wird. VPPs bündeln die Erzeugungskapazität dezentraler Energiequellen (Distributed Energy Resources, DERs), darunter Solaranlagen, Windkraftanlagen und Heimspeichersysteme. Elektrofahrzeuge können zwar Teil dieses Mixes sein, doch bis vor kurzem unterstützten die meisten Modelle kein bidirektionales Laden, und noch weniger Ladegeräte waren dafür ausgerüstet. Nun erkennen jedoch Automobilhersteller, Energieversorger und Regulierungsbehörden das Potenzial, Millionen von Elektrofahrzeugen als Quelle für VPPs zu nutzen.
Um wie viel Speicherkapazität geht es hier also? Eine Studie von ENREL prognostiziert, dass EV-Batterien bis 2050 eine technische Kapazität von 32 bis 62 TWh bereitstellen könnten. Bemerkenswert ist, dass diese Batterien selbst bei einer Fahrzeugbeteiligungsrate von nur 12 bis 43 Prozent bereits 2030 den kurzfristigen Speicherbedarf für den größten Teil der Welt decken könnten.
Eine aktuelle Studie zeigt, dass durch bidirektionales Laden in Europa bis 2040 jährlich bis zu 22 Milliarden Euro eingespart werden könnten. Eine weitere EU-Studie ergab, dass Hausbesitzer durch bidirektionales Laden bis zu 780 Euro pro Jahr an Stromkosten einsparen könnten, und eine US-Studie ergab, dass teilnehmende EV-Besitzer dadurch jährlich 150 Dollar einsparen könnten. EVs könnten bis 2040 zum viertgrößten Stromlieferanten Europas werden und in Spitzenzeiten sofort 15 bis 20 % des Strombedarfs decken.
Das bidirektionale Laden feierte sein weltweites Debüt mit dem Nissan Leaf 2013. Über ein Jahrzehnt lang blieb es ein weitgehend experimentelles Konzept, das auf eine Handvoll Fahrzeugmodelle und Pilotprojekte beschränkt war. Das beginnt sich nun zu ändern. Tesla gibt an, dass alle seine Fahrzeuge im Jahr 2025 bidirektional laden können werden, und GM sagt, dass dies bis 2026 zum Standard in seiner gesamten EV-Produktpalette werden soll.
Die Zukunft des Ladens von Elektrofahrzeugen ist eindeutig eine zweigleisige Angelegenheit.
Wie funktioniert bidirektionales Laden?
Bidirektionales Laden ermöglicht den Stromfluss in beide Richtungen zwischen einem Elektrofahrzeug (EV), dem Stromnetz und anderen Verbrauchern. Das Konzept „Vehicle-to-Everything“ (V2X) umfasst alle Szenarien, in denen die in EV-Batterien gespeicherte Energie an das Stromnetz, Gebäude, Häuser und andere Energieverbraucher abgegeben wird. V2X erfordert einen bidirektionalen Energiefluss zwischen Ladegerät und Fahrzeug, wobei je nach Anwendungsfall ein bidirektionaler oder ein unidirektionaler Fluss vom Ladegerät zum Zielort erfolgt:
- Beim Vehicle-to-Grid-Laden (V2G) nutzt das Stromnetz den in EV-Batterien gespeicherten Strom als zusätzliche Energiequelle, um Lastspitzen in Zeiten hoher Nachfrage auszugleichen.
- Das Laden von Fahrzeugen zu Hause (Vehicle-to-Home, V2H) funktioniert wie V2G, jedoch in viel kleinerem Maßstab. Die Batterie des Elektrofahrzeugs kann bei Stromausfällen bis zu mehreren Tagen lang Strom für den Haushalt liefern oder vor Ort erzeugte erneuerbare Energie speichern.
- Das Vehicle-to-Vehicle-Laden (V2V) ermöglicht den Stromfluss zwischen zwei oder mehr Elektrofahrzeugen.
- Vehicle-to-Load (V2L) nutzt einen Gleichstrom-Wechselstrom-Wechselrichter, um elektrische Geräte, Ausrüstung und Haushaltsgeräte mit Strom zu versorgen.
Bidirektionales Laden entwickelt sich zu einer wertvollen und weitgehend ungenutzten dezentralen Energiequelle (DER). In allen V2X-Anwendungen fungiert die stationäre EV-Batterie als Kraftwerk für Spitzenlastzeiten. Diese Batterien speichern während der Nebenzeiten, wenn das Fahrzeug geparkt ist, nach und nach Energie und können bei Bedarf fast sofort genutzt werden, um diese Energie wieder abzugeben. V2X bietet eine effiziente Möglichkeit, kostengünstige Energie in Zeiten geringer Nachfrage (und niedriger Kosten) oder an sonnigen oder windigen Tagen, an denen erneuerbare Energien reichlich vorhanden sind, zu speichern und bei Bedarf schnell an das Stromnetz, einen Haushalt oder andere Energieverbraucher abzugeben.
Was wird für bidirektionales Laden benötigt?
Zwar unterstützen nicht alle Elektrofahrzeuge bidirektionales Laden, aber eine kleine, aber wachsende Auswahl an Modellen tut dies. Seit Februar 2025 werden V2X-fähige Elektrofahrzeuge von Ford, Genesis, Volvo, GM, Hyundai, Kia, Mitsubishi, Nissan, VW, Polestar, BYD, MG, Renault und Tesla hergestellt, darunter die folgenden Modelle:
- Ford F-150 Lightning
- Chevrolet Silverado EV RST
- GMC Sierra EV Denali
- Chevrolet Blazer EV
- Chevrolet Equinox EV
- Cadillac LYRIQ
- Cadillac ESCALADE IQ
- Cadillac OPTIQ
- Genesis GV60
- Hyundai Ioniq 5
- Hyundai Ioniq 6
- Kia EV6
- Kia Niro
- Mitsubishi Outlander PHEV
- Nissan Leaf
- VW ID.4
- Polestar 3
- Tesla Cybertruck
- BYD Atto 3
- BYD Han Elektroauto
- MG ZS EV
- Renault 5
Bidirektionale Elektrofahrzeuge erfordern bidirektionale Ladegeräte, wie beispielsweise die Wallbox Quasar oder Highbury von Rectifier Technologies und andere hier aufgeführte Modelle.
Neben kompatibler Hardware benötigen bidirektionale Ladesysteme klare Protokolle, die festlegen, wie das Fahrzeug mit Ladeeinrichtungen, Verbrauchern, dem Stromnetz und Drittanbietern kommuniziert.
ISO 15118, OCPP und intelligente Ladesoftware
ISO 15118 ist der Industriestandard, der das Kommunikationsprotokoll zwischen einem Ladegerät und einem Fahrzeug definiert und V2G-Funktionen ermöglicht. OCPP definiert das Kommunikationsprotokoll zwischen Ladeanschlüssen und einem Backend-System und ermöglicht Funktionen wie Ladesitzungsmanagement, Abrechnung, Fernüberwachung und mehr.
Zusammen bieten ISO 15118 und OCPP einen sicheren, standardisierten Rahmen für das Laden von Elektrofahrzeugen, einschließlich der Plug & Charge-Funktion, die eine optimierte Benutzererfahrung ermöglicht, bei der das einfache Anschließen automatisch einen Ladevorgang auslöst, ohne dass zusätzliche Benutzereingriffe erforderlich sind. Diese Standards erleichtern die umfassende Verwaltung von Ladestationen, einschließlich bidirektionalem Laden. Die effiziente Integration dieser Protokolle und die Anwendung einer dynamischen Laststeuerung erfordern eine intelligente EV-Ladesoftware, die die Energieübertragung aus allen verfügbaren Quellen zu den verschiedenen Lasten optimiert.
Wenn beispielsweise günstige Wetterbedingungen zu einem Überangebot an erneuerbarer Energie führen, kann intelligente Ladesoftware diese Energie an Elektrofahrzeuge liefern, ohne die Energieversorgung anderer Verbraucher zu beeinträchtigen. Alternativ kann intelligente Ladesoftware in Spitzenlastzeiten die Stromzufuhr zum Laden von Elektrofahrzeugen drosseln, um die Nachfrage im Stromnetz zu reduzieren. Beachten Sie, dass das Fahrzeug mit V2G-Funktionen sowohl Energiequelle als auch Energieverbraucher sein kann. Auf diese Weise trägt intelligente Ladesoftware zur Stabilisierung des Stromnetzes bei, indem sie Fahrzeuge in Zeiten mit Energieüberschuss auflädt und die Ladung drosselt oder Energie aus zusätzlichen Quellen bezieht, wenn die Nachfrage die Netzkapazität übersteigt.
Bidirektionales Laden – Trends, die man im Auge behalten sollte
- Flotten als dezentrale Energiequellen. Mit der Elektrifizierung des Verkehrs könnten Elektrofahrzeuge, insbesondere Flotten-Elektrofahrzeuge mit zentraler Ladeinfrastruktur, zu einem wichtigen Bestandteil der Dekarbonisierung des Stromnetzes werden. Amazon plant beispielsweise, bis 2030 100.000 elektrische Lieferfahrzeuge mit einer kumulierten Batteriekapazität von etwa 20 GWh auf die Straße zu bringen. Da sie nach kontrollierten und vorhersehbaren Fahrplänen betrieben werden, können Flotten wie Schulbusse, Mietwagen, öffentliche Verkehrsmittel und Speditionen bidirektionales Laden in großem Maßstab nutzen, sodass Netzbetreiber vorhersehbar planen können.
- Die Interoperabilität von Geräten und Software wird die Verbreitung des bidirektionalen Ladens vorantreiben. Im vergangenen Jahr kündigte eine öffentlich-private Partnerschaft ein neues Interoperabilitäts-Framework an, das eine sichere Kommunikation zwischen Fahrzeugen, Ladegeräten und Ladenetzwerken im gesamten Ladeökosystem ermöglicht. Die Pilotphase soll irgendwann im Jahr 2025 beginnen. Die Plug & Charge-Architektur bildet die Grundlage für die V2G-Integration und wurde speziell für den bidirektionalen Energietransfer und andere fortschrittliche Netzdienste entwickelt.
- Entwicklung von Geschäftsmodellen zur Beschleunigung der V2G-Einführung. Selbst wenn Ihr lokaler Energieversorger noch nicht bereit ist, die zusätzliche Last durch V2G-Laden zu bewältigen, wird dies bald der Fall sein. Der V2G-Markt wird von über 14 Millionen US-Dollar im Jahr 2024 auf fast 117 Millionen US-Dollar im Jahr 2032 wachsen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 30 Prozent im Prognosezeitraum entspricht. Frühe Anwender und Vorreiter werden am meisten von diesem schnell wachsenden Markt profitieren.
- Bidirektionales Laden kann die Integration erneuerbarer Energien erheblich beschleunigen. V2G-Laden erleichtert die Integration sauberer Energiequellen, indem überschüssige erneuerbare Energie gesammelt, gespeichert und genutzt wird. Erneuerbare Energien erreichen in der Regel mittags ihre maximale Erzeugungskapazität, wenn die meisten Elektrofahrzeuge geparkt sind. Die Batterien der Elektrofahrzeuge speichern diese überschüssige Energie und speisen sie bei Spitzenbedarf oder bei geringer Erzeugung erneuerbarer Energien wieder ins Netz ein. Diese Integration erhöht die Flexibilität und Zuverlässigkeit des Netzes und gleicht gleichzeitig Spitzenlasten bei der Erzeugung fossiler Brennstoffe aus.
Schlussfolgerung
Bidirektionales Laden in all seinen Formen wird die Paradigmen im Bereich Stromnetz und Transportwesen verändern. Durch die Bereitstellung von Dienstleistungen zur Lastnachfrage im Stromnetz, Ausfallsicherheit und Integration erneuerbarer Energien wird das bidirektionale Laden von Elektrofahrzeugen zu einem wichtigen Vorteil für Netzbetreiber und CPOs. Durch die Integration intelligenter Energiemanagement-Software können Betreiber ihre Prozesse optimieren, um das volle Potenzial von Millionen von Batterien auf Rädern auszuschöpfen.
