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Die perfekte Symbiose – E-Autos als Stromspeicher für zu Hause

Der Gedanke ist simpel und zukunftsweisend: Warum nicht geparkte Elektroautos als Speicher von überschüssigem Ökostrom nutzen und so Schwankungen im Stromnetz ausgleichen? Effiziente Speichertechnologien für Solar- und Windenergie sind nach wie vor rar. Mit dem kontinuierlich wachsenden Bestand an E-Fahrzeugen kommt jedoch eine Vielzahl an Akkus in Umlauf – ein großes Potenzial für das Energiemanagement zum Beispiel im Eigenheim, wenn diese Speicherkapazität intelligent nutzbar wird. Mit der Technologie des bidirektionalen Ladens kann Strom in beide Richtungen zwischen Haus und Auto fließen. Die hierfür relevante Kommunikationssoftware entwickelt IAV – und schafft so einen wichtigen Hebel für das Gelingen der Energiewende.

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Bei der Umstellung auf erneuerbare Energieträger ist ein wesentliches Ziel, die Balance zwischen Energiebedarf und –verfügbarkeit zu jeder Zeit zu gewährleisten. Um Solar- oder Windenergie aus Spitzenzeiten effektiv verteilen oder auch speichern zu können, bedarf es intelligenter Speichersysteme und Netze. Batteriespeicher von E-Fahrzeugen können zur temporären Versorgung von Eigenheimen beitragen, insbesondere zu Spitzenlasten, wenn Strombezug aus dem Netz teuer ist, bei Engpässen wie zum Beispiel Windflauten oder nachts, wenn die hauseigene Photovoltaik-Anlage keinen Strom erzeugt. Das Aufladen erfolgt entweder tagsüber via PV-Anlage oder aus dem Netz zu günstigen Strompreisen, zum Beispiel durch Windstrom bei Nacht.

Durch die Einführung der E-Mobilität werden zunehmend Fahrzeuge mit Batteriekapazitäten von durchschnittlich mehr als 25 kWh im Markt verfügbar. Etwa 3.500 kWh pro Jahr, also etwa 10 kWh am Tag, betrug 2019 der Durchschnittsverbrauch eines 3-Personen-Haushalts in Deutschland, so der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW).

E-Autos können auf diese Weise nicht nur zur umweltfreundlichen Fortbewegung dienen. Durch die Nutzung der in den Hochvoltbatterien bereitgestellten Speicherkapazitäten werden E-Fahrzeuge zu einem zentralen Baustein des sogenannten „Smart Home Systems“. Damit stabilisieren sie nicht nur das Energiemanagement im vernetzten Privathaus, sondern auch die Energienetze insgesamt. Damit das in der Praxis funktioniert, ist intelligente Vernetzung nötig. Die meisten Smart-Home-Konzepte basieren auf dem Internet der Dinge, dabei werden elektrische Geräte wie zum Beispiel PV-Anlage, Heizung und Verbraucher mittels einer intelligenten Steuerung im „Home Energie Management System“ (HEMS) integriert. Ziel des Systems ist es, über eine Analyse der vom Verbraucher induzierten Energieströme den zu Hause erzeugten Solarstrom möglichst effizient zu speichern und über eine intelligente Verteilung für den Eigenbedarf zu nutzen.

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Auch batterieelektrische Fahrzeuge können in das HEMS integriert werden, die Schlüsseltechnologie hierzu ist das bidirektionale Laden: Dadurch können E-Autos nicht nur Strom aus dem Netz zu Zeiten beziehen, in denen der allgemeine Strombedarf geringer ausfällt, sondern ihn in Phasen besonders hoher Nachfrage nach elektrischer Energie über einen Ladepunkt auch wieder in das Netz zurückspeisen. Intelligente Software ermöglicht die automatisierte Steuerung von Lade- und Entladevorgängen. Die ganzheitliche Einbindung von E-Fahrzeugen in Ladeinfrastruktur und Energiesystem wird derzeit in verschiedenen Projekten auch von IAV erforscht und die rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen werden evaluiert.

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Bidirektionales Lademanagement – BDL“ entwickeln Unternehmen und Institutionen aus Wirtschaft und Wissenschaft an der Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. in München Technologie- und Systemlösungen im Bereich Energie- und Lademanagement und analysieren mögliche Anwendungsfälle. Als Technologieführer bei zukunftsrelevanten Antriebsformen hat IAV einen tiefen Einblick in die Entwicklung voll- und teilelektrischer Fahrzeuge und unterstützt das auf drei Jahre bis April 2022 terminierte und von der Bundesregierung geförderte Verbundprojekt.

Als Engineering-Spezialist entwickelt und testet IAV die Kommunikationsprotokolle zwischen E-Auto, Ladeinfrastruktur und Stromnetz und schafft somit die Voraussetzung für das gesteuerte Laden. Dabei werden die individuellen Bedarfe der Verbraucher und die Verfügbarkeit von elektrischer Energie mit Hilfe intelligenter Tarifangebote und entsprechender Einplanung der Ladevorgänge aufeinander abgestimmt. Zahlreiche aktuelle Lösungen für HEMS arbeiten mit einem proprietären Kommunikationssystem, in das Geräte anderer Hersteller häufig nicht integriert werden können. IAV entwickelt Kommunikationsmodule für alle internationalen Standards und schafft so die Basis für wettbewerbs- und zukunftsfähige Lösungen für das sogenannte „Smart Charging“.

«Theoretisch könnten E-Fahrzeuge nicht nur mit dem HEMS, sondern auch mit dem öffentlichen Energienetz verbunden werden und so zur allgemeinen Versorgungssicherheit beitragen.»

Ursel Willrett — Seniorfachreferentin für Infrastruktursysteme im Bereich E-Mobilität bei IAV

Regulatorische Änderungen müssen daher parallel zur technischen Umsetzung erfolgen.
„E-Autos haben großes Potenzial, die beiden zentralen Anwendungsfälle abzudecken – Mobilität und Stabilisierung des lokalen Lastmanagements im Haus“, so Willrett. „Sie sind prädestiniert dafür, das Stromnetz abzusichern und die Energiewende sinnvoll zu unterstützen.“

Der Artikel erschien in der automotion 03/2020, dem Automotive Engineering-Fachmagazin von IAV. Hier können Sie die automotion kostenfrei bestellen.

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