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V2H (Vehicle to Home) und V2G (Vehicle to Grid): Was heißt das?

Im Durchschnitt steht ein Elektroauto mehr als 20 Stunden des Tages einfach nur herum. Diese Zeit kann besser genutzt werden. Z.B. indem das Elektromobil zum temporären Batteriespeicher wird. Die so gespeicherte Energie kann wieder ins Stromnetz (Grid) bzw. in das Energiesystem des Eigenheims (Home) eingespeist werden. Autos können dank der Elektromobilität ein aktiver Teil des Stromnetzes werden. So helfen sie, erneuerbare Energien aus Sonne und Wind schlau und kostengünstig ins Netz zu integrieren und Lastspitzen zu glätten.

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Wie funktionieren V2G und V2H?

Unter Vehicle to grid (V2G, zu Deutsch: Vom Fahrzeug zum Netz) bzw. Fahrzeugeinspeisung versteht man ein Konzept zur Abgabe von elektrischem Strom aus den Traktionsakkus von Elektro- und Hybridautos zurück in das öffentliche Stromnetz. Vehicle to home (V2H, zu Deutsch: Vom Fahrzeug ins Haus), das teils auch als Vehicle-to-Building (V2B) bezeichnet wird, ist im Konzept mit Vehicle to Grid vergleichbar. Hier wird zuvor gespeicherter Strom aber nicht in das Stromnetz eingespeist, sondern in das Hausstromnetz bzw. den dort befindlichen z. B. Photovoltaik-Akku.

Beide Konzepte setzen voraus, dass die Ladestation die Energie bidirektional steuern kann. Im Unterschied zu reinen E-Autos können bidirektional ladefähige Fahrzeuge nicht nur elektrische Energie aus dem Netz oder von der eigenen PV-Anlage aufnehmen, sondern als Teil eines intelligenten Energiesystems in Zeiten großer Netzlast auch in umgekehrter Richtung vom Auto-Akku über spezielle Ladestationen in das Netz oder das Haus einspeisen. Vehicle to grid (V2G) und Vehicle to home (V2H) ermöglichen somit eine intelligente Sektorenkopplung oder auch die Versorgung eines Hauses bei Stromausfall.

Der Bedarf für V2G- und V2H-Konzepte liegt in der Tatsache begründet, dass das Stromnetz lediglich eine vernachlässigbar kleine inhärente Energiespeichermöglichkeit bietet und zu jedem Zeitpunkt exakt so viel Energie produziert werden muss wie verbraucht wird. Ferner können Energieversorgungsunternehmen die zeitweise überschüssig produzierte Energie der Kraftwerke – vor allem der stärker schwankenden erneuerbaren Energien wie Wind- und Sonnenkraft – in Zeiten geringen Energiebedarfs temporär speichern (Grid-to-Vehicle, G2V).

Hier sehen Sie eine Abbildung des bidirektionalen Gleichstrom (DC)-Ladegerätes von Wallbox
Das bidirektionale Home Gleichstrom Vehicle to Grid DC-Ladegerät von Wallbox wandelt Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um, und umgekehrt. So kann das Elektroauto mit Strom aus hauseigenen Energiequellen, z.B. Photovoltaik das Fahrzeug laden, um diesen später, je nach Bedarf, aus der Fahrzeugbatterie wieder ins Haus zur Nutzung abzugeben. (Foto: Wallbox Chargers, S.L.)

Die Vehicle-to-Grid- bzw. Vehicle-to-Home-/ Vehicle-to-Building-Fähigkeit zum bidirektionalen Be- und Entladen eines Elektroautos ist aber nicht nur von der Steuerungstechnik der Ladestation abhängig, sondern auch das Elektroauto selbst muss das Laden in beide Richtungen elektrotechnisch unterstützen. Diese V2G-/ V2H-Fähigkeit wird heute (Stand 2018) nur von dem japanischen CHAdeMO-Standard ermöglicht. Dieser ist bei den meisten Elektroautos von Nissan (z. B. Nissan Leaf und Nissan e-NV200), Mitsubishi und Kia verbaut.

V2H und V2G-Anwendungen in der Praxis

Stabilisierung des Stromnetzes

Im Oktober 2018 haben The Mobility House, der Energieversorger ENERVIE, der Übertragungsnetzbetreiber Amprion und der Automobilhersteller Nissan das erste bidirektional ladefähige Elektroauto (Nissan Leaf) vorgestellt, das sich gemäß allen regulatorischen Anforderungen eines Übertragungsnetzbetreibers (ÜNB) für die Primärregelleistung qualifiziert.

Der Nissan Leaf ist das erste Elektroauto, das bei Bedarf Strom als Primärregelleistung wieder ins Stromnetz einspeisen darf. (Foto: The Mobility House GmbH)
Der Nissan Leaf ist das erste Elektroauto, das bei Bedarf Strom als Primärregelleistung wieder ins Stromnetz einspeisen darf. (Foto: The Mobility House GmbH)

Damit kann dieses Elektroauto als Regelkraftwerk in das deutsche Stromnetz integriert werden und durch die Einspeisung von Primärregelleistung in Sekundenschnelle Schwankungen (z. B. drohende Stromausfälle) im Stromnetz ausgleichen.

Schematische Darstellung der Netzstabilisierung durch Vehicle to Grid. (Grafik: Nissan / The Mobility House)
Schematische Darstellung der Netzstabilisierung durch Vehicle to Grid. (Grafik: Nissan / The Mobility House)

Grid-to-Vehicle: Auto-Akkus als Schwarmstromspeicher

Wenn zuviel Wind- und Solarstrom produziert werden, müssen diese Anlage abgeregelt werden, dieser Strom in Power-to-Heat- oder Power-to-Gas-Anwendungen eingesetzt oder eben zwischengespeichert werden. Auch als Grid-to-Vehicle-Technik können dann die Elektroakkus der E-Mobile eingesetzt werden. Da hierzu die Koordination von vielen Autoakkus nötig ist, spricht man dabei auch von einem Schwarmstromspeicher. Viele kleine Autoakkus fungieren dann als ein großer Speicher. Dafür werden dann die Besitzer der Akkus an den Erlösen beteiligt.

Mehrere solcher Grid to Vehicle-Konzepte wurden bereits in der Praxis erprobt. So wurde bereits im Rahmen des Forschungsprojektes „INEES“ vom 01.06.2012 bis 31.12.2015 und einjährigem Flottenversuch die Möglichkeit untersucht, durch einen Pool von Elektrofahrzeugen eine ausgleichende und stabilisierende Wirkung auf die Stromnetze zu erreichen.

Hier sehen Sie ein Bild der bidirektionalen Ladestationen im Forschungsprojekt INEES.
Im INEES-Projekt wurden für einen einjährigen Flottenversuch hat die SMA Solar Technology AG eine bidirektionale DC-Ladestation entwickelt und eine Kleinserie von 40 Geräten gefertigt. Volkswagen hat 20 e-up! mit einer bidirektionalen Ladefunktion ausgestattet und eine Kommunikationsanbindung zwischen Ladesteuerung und Volkswagen-Backend eingebaut. (Foto: Fraunhofer IWES - Werner)

Die INEES-Kooperationspartner Volkswagen AG, LichtBlick SE, SMA Solar Technology AG sowie das Fraunhofer Institut Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) zeigten darin auf, dass es technisch möglich ist, durch Einbindung von Elektrofahrzeugen Netzschwankungen aufzufangen.

Förderung von Mitarbeitern

Das oberfränkische Energieversorgungsunternehmen Münch Energie setzt im eigenen Umfeld die Vision von V2H (Vehicle to Home) bzw. V2G (Vehicle to Grid) bereits konkret um. Bei Münch können die Mitarbeiter ihre Elektrofahrzeuge während der Arbeitszeit mit günstigem Strom betanken - für umgerechnet 14 Cent pro Liter.

Durch bidirektionale Ladetechnologie kann der Mitarbeiter diesen Strom aus dem Fahrzeugspeicher dann auch zuhause nutzen, d.h. in seine heimische Energieinfrastruktur einspeisen, und damit u.a. seine Heizkosten deutlich senken. Bei konsequenter Umsetzung bedeutet das: Benzinpreise achteln, Heiz- und Stromkosten zuhause vierteln. Das summiert sich für den Mitarbeiter schnell auf über 4.000 steuerfreie Euro im Jahr - ohne einen Cent Mehrausgaben für sein Unternehmen. Und für Umwelt und Klimaschutz ermöglicht das eine emissionsfreie Zukunft.

Vehicle to grid soll Energieautarkie unterstützen

Eines der spannendsten Vehicle to Grid-Projekte findet derzeit auf der Insel Porto Santo der portugiesischen Inselgruppe Madeira statt. Mitten im Atlantik - wo bisher Dieselgeneratoren den benötigten Strom bereitstellen - soll ein weitestgehend energieautarkes und nachhaltiges System entstehen, aus Windrädern, Photovoltaik, stationären Batteriespeichern sowie Elektroautos. 2018 waren bereits 22 Renault Elektroautos im Einsatz, zwei davon V2G-fähig, um das Stromnetz der 5000 Einwohner großen Insel unabhängiger von den teuren Diesel-Lieferungen zu machen.

Lohnt sich die Nutzung von Elektroautos als V2G- und V2H-Speicher?

In der Studie "Ökonomische Bewertung von Vehicle-to-Grid in Deutschland" haben David Ciechanowicz, Martin Leucker und Martin Sachenbacher berechnet, welche Kosten bei der Nutzung von Elektroautobatterien entstehen und welche Erträge dadurch erzielt werden können. Hierzu wurden verschiedene Szenarien betrachtet. Im Ergebnis stellen die Autoren fest, dass ein wirtschaftlicher Einsatz von V2G in den meisten untersuchten Szenarien (zum Zeitpunkt der Studie im Jahr 2012) an einem zu hohen Verhältnis der, hauptsächlich aus der begrenzten Zyklenfestigkeit der Akkupacks, entstehenden Kosten zu den erzielbaren Umsätzen scheitert.

Gewinne ließen sich nur dann erwirtschaften, wenn die Kosten für die Energieabgabe und damit verbunden für die Abnutzung des Akkupacks geringer sind als die Vergütung, die einem jeden V2G-Teilnehmer zuteil wird. Von einer ökonomischen, praktischen Verwendung des gedanklich interessanten V2G Konzepts zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage am Energiemarkt konnte im Jahr 2012 daher noch nicht gesprochen werden, so die Autoren der Studie.

Der Batterieverschleiß als Kostenfaktor wird in neueren Untersuchungen jedoch angezweifelt. So wurde sogar das Gegenteil belegt, dass ein Akku eines Elektroautos durch eine weitere Nutzung als temporärer Stromspeicher nicht vorzeitig verschleißt. Im Gegenteil: Untersuchungen von The Mobility House in Zusammenarbeit mit der TU München haben gezeigt, dass durch die gleichmäßige Belastung, die wie eine Art Batteriemassage wirkt, die Lebensdauer eines Akkus stabil bleibt und in besonderen Einsatzfällen sogar verlängert werden kann.

Dennoch wurde auch 2016 die Wirtschaftlichkeit einer Vehicle to Grid-Nutzung eines Elektroautos noch als unwirtschaftlich beschrieben. So kam das Forschungsprojekt „INEES“, in dem LichtBlick Elektrofahrzeuge über seine Steuerungssoftware SchwarmDirigent in den Energiemarkt eingebunden hatte, zu dem Ergebnis, dass Elektrofahrzeuge mit hoher Sicherheit und kurzer Reaktionszeit eine Leistungsreserve für das Stromnetz bereitstellen können, die Erbringung von Regelleistung durch einen Elektrofahrzeugpool unter den Rahmenbedingungen zum Zeitpunkt des Forschungsprojektes jedoch noch nicht rentabel sei. Geplante Gesetzesänderungen, technische Weiterentwicklungen und der Wandel des Energiesystems können die Wirtschaftlichkeit in Zukunft jedoch deutlich verbessern, so das Fazit des INEES-Projekts.

Vehicle-to-Grid-Aktion auf dem Wacken-Festival 2019 (Grafik: The Mobility House GmbH)
Auf dem Wacken Open Air 2019 demonstriert The Mobility House und GP Joule das Vehicle-to-Grid-Prinzip mittels eines vollgeladenen stehenden E-Autos Nissan Leaf. Dieser funktionierte als Stromspeicher und versorgte so das Wacken-Camp der Zukunft mit Strom aus Photovoltaikanlagen. (Grafik: The Mobility House GmbH)

"Vehicle to Home Vehicle to Grid" wurde am 31.07.2019 das letzte Mal aktualisiert.