Bidirektionales Laden verdoppelt Autarkiegrad von Photovoltaik-Anlagen

Das bidirektionale Laden - insbesondere als Vehicle-to-Home- und Vehicle-to-Grid-Anwendung - ist eine der vielversprechendsten Optionen, das Stromspeicherpotenzial schnell zu erhöhen. Beim V2H oder V2G fließt der eigene PV-Strom nicht nur in Richtung des E-Auto-Akkus, sondern kann bei Bedarf wieder aus dem Akku ins Hausnetz zum Eigenverbrauch oder ins Stromnetz zum Lastausgleich geleitet werden.

Doch lohnt sich der Einsatz des E-Auto-Akkus als rollender Stromspeicher? Im Pilotprojekt "Bi-ClEVer" hat E.ON gemeinsam mit Partnern untersucht, in wie weit sich ein Haushalt mit PV-Anlage unabhängig vom Stromnetz machen kann, wenn der Stromspeicher des Elektroautos bidirektional geladen wird.

Der Test hat gezeigt, dass sich der Autarkiegrad von Solaranlagenbesitzern mit E-Auto durch bidirektionales Laden mehr als verdoppeln kann: Mit einer PV-Anlage und einem E-Auto mit 42 kWh-Akku als Zwischenspeicher sind bis zu 51 Prozent Autarkiegrad im Jahresdurchschnitt möglich, wobei Winter, bewölkte Tage und Nächte eingerechnet sind.

Neben der Energie, die für den Haushalt benötigt wird, wurde auch der Fahrstrom berücksichtigt. Um dieses Autarkie-Level zu erreichen, werden die Ladezeiten des E-Fahrzeugs intelligent gesteuert, sodass der Akku möglichst nur mit selbst erzeugten Sonnenstrom geladen wird.

Ebenfalls untersucht wurde, wie sich ein zusätzlicher stationärer Batteriespeicher auswirkt: Damit lässt sich der Autarkiegrad der Pilotanwender sogar auf bis zu 59 Prozent erhöhen. Abhängig von individuellen Faktoren wie Verbrauch, Nutzungsverhalten oder Größe von PV-Anlage und Speicher kann der jeweilige Autarkie-Wert sogar noch höher liegen.

Würde man im Falle der Pilothaushalte mit dem E-Auto auf alle Speichermöglichkeiten und optimiertes Laden verzichten, läge ihr Autarkiegrad durch die Erzeugung von Solarstrom bei rund einem Viertel.

Die Erhöhung der eigenen Solarstromnutzung durch bidirektionales Laden ist besonders attraktiv für diejenigen, die eine PV-Anlage und ein E-Auto, jedoch keinen Batteriespeicher haben, da der ohnehin vorhandene Akku des E-Autos als Speicher dienen kann.

"Bidirektionales Laden wird eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende und den Klimaschutz sein. Im Vergleich zu einem Haushalt ohne PV-Anlage und Stromspeicher, der mit dem deutschen Strommix beliefert wird, kann ein vergleichbarer Haushalt mit Solaranlage durch die Nutzung von bidirektionalem Laden auch ohne klassischen Batteriespeicher bis zu einer Tonne CO₂ pro Jahr einsparen. Die Anwenderinnen und Anwender werden somit unabhängiger vom Energiemarkt und tragen aktiv zum Umweltschutz bei", so Benjamin Jambor, Geschäftsführer Future Energy Home bei E.ON Deutschland.

Das energetische und finanzielle Optimum für die jeweiligen Kundinnen und Kunden wird von einem Algorithmus automatisch herausgearbeitet und dann von der Steuereinheit, dem sogenannten "Home Energy Management System" umgesetzt. Somit erfolgen die Lade- und Entladevorgänge komplett automatisiert.

Die Anwenderin oder der Anwender kann mittels App Vorgaben, wie einen gewünschten Ladezustand des Fahrzeugs zu einer bestimmten Uhrzeit, einen immer geltenden Mindestladezustand oder ausschließlich solares Laden, festlegen.

Mark Ritzmann, Managing Director bei E.ON Group Innovation gibt einen Ausblick auf die nächste Phase des Pilotprojekts: "Zur weiteren Optimierung der Ladetechnologie erproben wir zusätzliche technische Möglichkeiten: Dazu gehören fortlaufende Verbesserungen des Algorithmus – beispielsweise durch Wettervorhersagen oder durch die Analyse des individuellen Nutzungs- und Mobilitätsverhaltens der Hausbewohner. Durch die stetige Weiterentwicklung der Software wird es zukünftig noch mehr Optimierungs- und dadurch Einsparpotenzial geben."

Weitere Anwendungsfälle, die neben der Autarkiegraderhöhung im Rahmen des Pilotprojekts bereits getestet werden, reichen vom Nutzen zeitvariabler Stromtarife bis hin zum Handel mit Strom. Perspektivisch könnten die Speicher von E-Autos zudem als eine Art Schwarmbatterie fungieren, die mit ihrer bereitgestellten Flexibilität und intelligenter Vernetzung das Verteilnetz entlasten können.

Als wissenschaftlicher Partner begleitet ein Team der EBZ Business School das Bi-ClEVer Projekt durch kontinuierliche Datenauswertungen der Piloteinsätze und mit einem Digital-Twin Modell. Außerdem ist Bi-ClEVer angelehnt an das "Bidirektionales Lademanagement" Projekt (BDL), an dem auch Bayernwerk, BMW und weitere Partner beteiligt waren.

Die Anbindung von BiClEVer an BDL erfolgte über eine Verbundpartnerschaft mit der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE). Das BDL-Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Träger des auf drei Jahre angelegten Pilotprojekts ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Bis das bidirektionale Laden in der Praxis ankommt, wird es jedoch noch etwas dauern. Denn die meisten Stromer sind noch gar nicht in der Lage, ihre gespeicherten Stromreserven wieder abzugeben. Lediglich einige Elektroautos asiatischer Hersteller, wie beispielsweise der Nissan Leaf oder der Kia Soul, beherrschen die Technik.

Dazu muss der Strom aus dem Elektroauto zunächst einmal in Wechselstrom umgewandelt werden. Dies kann ein entsprechender Wechselrichter in der Wallbox oder einer im E-Auto selbst übernehmen. Zudem muss der Netzbetreiber die zusätzliche Stromquelle überhaupt zulassen. Bisweilen bewegt man sich daher in einer rechtlichen Grauzone.

Das BMWK unter Robert Habeck arbeitet aber daran, diese Grauzonen auszuräumen. So nimmt die kürzlich veröffentlichte "Photovoltaik-Strategie" Bezug auf diese Problematik: "Um Wind, Sonne und Energiebedarf in Einklang zu bringen, benötigen wir Speicher, also Flexibilität im System. […] Den verbleibenden Kurzzeitspeicherbedarf decken wir insbesondere durch die smarte Einbindung von Elektromobilität, Wärmepumpen und Industrie. Durch das smarte, kostenoptimierte Laden der Elektrofahrzeuge nutzen wir deren Batteriespeicher für das Stromsystem."