Bidirektionales Laden von Elektromobilen

• Das bidirektionale Laden ("bidirectional power transfer" (BPT)) beschreibt ein Konzept zur Rückspeisung von Strom aus den Batterien von Elektrofahrzeugen. Die bedarfsgerechte Ein- und Ausspeisung von Strom aus der Batterie ermöglicht die intelligente Einbindung von Elektrofahrzeugen in die Energiewirtschaft (Sektorkopplung).
• Man unterscheidet dabei das bidirektionale Laden mit Rückspeisung in ein lokales Gebäude oder lokales Netz hinter dem Netzanschlusspunkt ("Vehicle to Home") vom bidirektionale Laden mit Rückspeisung des Stroms aus der Batterie in das öffentliche Stromnetz.
• Mit Hilfe des bidirektionalen Ladens können unter anderem der lokale Verbrauch optimiert, das Laden im Verteilnetz netzdienlicher, Strom vermarktet sowie die Erbringung weiterer Systemdienstleistungen (beispielsweise Regelenergie) unterstützt werden.
• Ein Einfamilienhaus verbraucht durchschnittlich 10-15 kWh Energie pro Tag. Eine voll geladene Autobatterie mit einer Kapazität von 30 bis 100 kWh könnte somit theoretisch einige Tage als Notstromlösung überbrücken.
• Mit Hilfe einer flächendeckenden Implementierung von Smart Meter Gateway (SMGW) und des Kommunikationsstandards ISO 15118-20 ist das bidirektionale Laden sowohl AC- als auch DC-seitig möglich. Auch die Verfügbarkeit der Kommunikationsstandards EEBUS unterstützt das bidirektionale Laden.

Mit Hilfe des bidirektionalen Ladens kann Strom aus der Fahrzeugbatterie für den direkten Verbrauch vor Ort hinter dem Netzanschlusspunkt in der jeweiligen Liegenschaft bereitgestellt werden. Durch bidirektionales Laden kann sich der Autarkiegrad von Haushalten mit Photovoltaikanlage im Jahresdurchschnitt mehr als verdoppeln.

Unter dem netzdienlichen Laden versteht man die Einbeziehung des bidirektionalen Ladens in das Lastmonitoring des Netzbetreibers, der dann das Ladeverhalten der Fahrzeugbatterie zu diesem Zweck beeinflusst, um den Netzbezug der dort vorhandenen Verbrauchseinrichtungen zeitlich begrenzt abzusenken/ zu vermeiden. Dies erfolgt z.B. durch Zeit-/ Lastfenster, Ad-hoc-Steuerungssignale und finanzielle Anreize.

Das bidirektionale Laden ermöglicht die Bereitstellung und Einspeisung von Strom in das Verteilnetz auf Basis eines Vertrags mit einem Lieferanten/Händler. Die Bereitstellung/Einspeisung erfolgt nach den Vorgaben/Steuersignal des Lieferanten/Händlers und in Abstimmung mit dem lokalen Netzbetreiber.

Auf Basis eines Vertrags mit dem Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) kann durch das bidirektionale Laden Strom bereitgestellt und eingespeist werden. Die Bereitstellung/ Einspeisung erfolgt nach den Vorgaben/Steuersignal des ÜNB und in Abstimmung mit dem lokalen Netzbetreiber.

Zum Laden eines Elektroautos werden zu Hause oder am Arbeitsplatz – also dort wo das bidirektionale Laden aufgrund der Standzeit Sinn ergibt - überwiegend AC-Ladestationen mit Leistungen bis zu 22 kW eingesetzt. DC-Ladestationen sind in diesem Leistungsbereich (Stand 2020) nur bei einzelnen Anbietern verfügbar.

Auch auf der Fahrzeugseite kann der Strom von der Gleich- in die Wechselspannung an zwei verschiedenen Punkten umgewandelt werden. Dies kann entweder im Fahrzeug oder in der Ladestation erfolgen. Damit sind für das bidirektionale Laden Änderungen der Ladetechnologie an der Fahrzeugseite oder an der Ladeeinrichtung nötig, die entsprechend mit Zusatzkosten für die Ladeinfrastruktur oder die Fahrzeugseite verbunden sind.

Die in der deutschen Automobilindustrie genutzten Normen der Kommunikationsprotokolle sind zum Stand 2020 noch nicht auf bidirektionales Laden ausgelegt. Nur der in der Entwicklung befindliche Kommunikationsstandard ISO 15118-20, der von europäischen und amerikanischen Fahrzeugherstellern zusammen mit dem Combined Charging System (CCS) verwendet werden soll, ermöglicht das bidirektionale Laden sowohl über AC als auch DC.

Elektrofahrzeuge, die den CHAdeMO-Standard (DC) verwenden, unterstützen bereits seit mehreren Jahren bidirektionales Laden. Auch auf Basis des chinesischen GBT-Standards existieren bereits erste rückspeisefähige Fahrzeugmodelle (AC und DC).

Auch die Verfügbarkeit der Kommunikationsstandards EEBUS wird die Nutzung unterstützen. EEBUS ist eine Kommunikationsschnittstelle zur Unterstützung der Interoperabilität und des Datenaustausches zwischen den Komponenten eines Energiemanagementsystems (z.B. PV, Speicher und Elektromobilität).

Zudem müssen auf Seite der Energietechnik und deren nationalstaatlichen Regeln Anpassungen erfolgen: Dies betrifft zum einen das intelligente Messsystem (iMS) mit dem zertifizierten Smart Meter Gateway (SMGW). SMGW müssen zwingend für die Steuerung ausgelegt sein.

Zum anderen muss die sichere Kommunikation und Steuerung des Ladens und Entladens von Elektroautos durch Netz- und Energieversorger sowie neue Marktteilnehmer, wie Aggregatoren, definiert werden. Die (vorgesehene) Steuerbox und vom BSI definierte Protokolle (Schutzprofile) erscheinen Branchenverbänden dahingehend noch nicht ausreichend.

Der Knackpunkt liegt dabei im diskriminierungsfreien Zugriff auf die Batteriedaten im Fahrzeug. Nutzerinnen und Nutzer und die von ihnen für das Lademanagement und die Abrechnung beauftragten Dritten müssen Zugriff auf den Batteriestatus erhalten – unabhängig davon, welche Marke und welches Modell gerade be- oder entladen werden soll. Dieser Zugriff ist Grundvoraussetzung für einen fairen Wettbewerb und vermeidet Lock-in-Effekte bei den Nutzerinnen und Nutzern.