Die zunehmende Elektrifizierung des Verkehrssektors und die steigende Zahl von E-Fahrzeugen auf den Straßen stellen das Stromnetz vor Herausforderungen. Wie kann das teure Batteriespeicherpotenzial der Elektrofahrzeuge während ihrer Ruhezeiten aktiv und netzdienlich genutzt werden? Mit dieser Frage haben sich Forscher des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO befasst.
Die Studie "Power-Transfer-V2H" analysiert die Anwendung von Vehicle-to-Home (V2H) in gemeinschaftlich genutzten Parkhäusern und zeigt regulatorische Möglichkeiten, wirtschaftliche Hürden und technische Herausforderungen auf. Einer grundsätzlich positiven Einstellung zur V2H-Nutzung stehen demnach Bedenken hinsichtlich Batteriedegradation und Reichweitenangst gegenüber.
Jeder Pkw verbringt die meiste Zeit des Tages im Ruhezustand, erfüllt also außer dem Ladevorgang keine Funktion. Wie kann das teure Batteriespeicherpotenzial der Elektrofahrzeuge in den Ruhezeiten aktiv und netzdienlich genutzt werden? Hier kommt die bidirektionale Lademöglichkeit Vehicle-to-Home ins Spiel, die insbesondere für Mehrfamilienhäuser mit gemeinsamem Netzanschluss und Tiefgarage relevant sein könnte. Fahrzeuge mit externer Lademöglichkeit könnten durch die Rückspeisung höhere Ladeleistungen anderer Fahrzeuge im Quartier ausgleichen. Überschüssige Energie aus Photovoltaik (PV) zur Mittagszeit kann so für den späteren Bedarf am Abend genutzt werden.
"Die Umsetzung dieses Energietransfers erscheint technisch machbar und praktikabel, da der Energiebedarf für typische Fahrten unter den verfügbaren Batteriekapazitäten liegt, die Pendler üblicherweise benötigen. Im Vergleich zu V2G-Anwendungen, bei denen Strom aus den Batterien von Elektroautos in das öffentliche Stromnetz zurückgespeist wird, kann hier eine größere Energiemenge übertragen werden, ohne in das öffentliche Stromnetz eingespeist zu werden", so die Studienautoren.
Rechtliche Rahmenbedingungen unproblematisch, wirtschaftliche Hürden
"Unsere Analysen zeigen, dass die rechtlichen Rahmenbedingungen derzeit kein Hindernis für den Einsatz von V2H darstellen. Wirtschaftliche Hürden sind jedoch noch zu überwinden, insbesondere im Bereich der Tarifmodelle für die Energieversorgung und die Kommunikationsinfrastruktur. Ein Hindernis, das wir für eine breite Einführung identifiziert haben, ist die Ungleichbehandlung von bidirektionalen Elektrofahrzeugen im Vergleich zu stationären Batteriespeichern bei der Strombesteuerung", sagt Andre Leippi, Wissenschaftler am Fraunhofer IAO und Co-Autor der Studie.
Obwohl es Ankündigungen zu bidirektionalen Fahrzeugen und Ladeinfrastruktur gibt, ist die tatsächliche Produktion von serienreifen Modellen noch sehr begrenzt. Optimierungsbedarf sehen die in der Studie befragten Experten bei den aktuellen Anreizen und Rahmenbedingungen für die Einführung von V2X-Systemen (Vehicle-to-Everything). Der wirtschaftliche Aspekt richte sich vor allem an die Netzbetreiber. Um einen höheren Nutzen zu erzielen, seien insbesondere Veränderungen in den Betreiberstrukturen des Strommarktes notwendig. Der Zugang zu flexiblen Tarifen und Preisstrukturen müsse grundsätzlich ermöglicht werden.
V2H in Kombination mit Photovoltaik nutzen
Die Analyse zeigt, dass positive Aussagen zu V2X positiv mit höherem Einkommen korrelieren: "Das Einkommen erweist sich als entscheidender Faktor für die Aufgeschlossenheit gegenüber Elektromobilität und damit verbundenen innovativen Konzepten", erklären die Studienautoren.
Ein zentrales Nutzenversprechen von V2H ist die Optimierung der Haushaltsstromkosten. Die Befragungsergebnisse zeigen, dass V2H-Anwendungen idealerweise in Kombination mit PV betrieben werden sollten, um das volle Potenzial auszuschöpfen.
Trotz der allgemein positiven Einstellung gegenüber V2X-Technologien bestehen wirtschaftliche Bedenken, insbesondere in Bezug auf die Degradation von Elektrofahrzeugbatterien. Eine weitere wichtige Hürde bleibt laut der Untersuchung die "Reichweitenangst": Sie könnte potenzielle Nutzer davon abhalten, sich für Elektrofahrzeuge zu entscheiden und an V2X-Anwendungen teilzunehmen.
Wirtschaftlichkeitsanalyse von V2H-Anwendungen
Die Simulationsergebnisse der Potenzialanalyse liefern Einblicke in die Wirtschaftlichkeit von V2H-Anwendungen und die Integration von Elektrofahrzeugen als temporäre Batteriespeicher in Wohnquartieren. Dazu die Forscher: "Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit von V2H ist die Preisdifferenz zwischen dem Laden zu Hause und am Arbeitsplatz, wobei eine Preisschwelle von 5 – 10 ct/kWh identifiziert wurde, ab der V2H unter der Annahme einer Investition in die notwendige bidirektionale Ladeinfrastruktur wirtschaftlich ist. Größere Elektrofahrzeugmodelle weisen aufgrund ihrer höheren Batteriekapazität und Reichweite eine höhere Wirtschaftlichkeit auf als kleinere Modelle."
Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass der Betrieb eines Batteriespeichers unter den angenommenen Bedingungen nicht wirtschaftlich ist, da Elektrofahrzeuge Batteriespeicher effektiv ersetzen können. "Die Integration von PV-Systemen in V2H-Umgebungen zeigt Synergiepotenziale, wobei eine effiziente Auslegung der PV-Systeme die Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit der V2H-Systeme maßgeblich beeinflusst", heißt es.
Langfristig Infrastruktur- & Energiekosten senken
Im Ausblick auf zukünftige Entwicklungen rückt die Netzintegration des bidirektionalen Ladens in den Fokus. Insbesondere hinsichtlich seines Potenzials zur Stabilisierung des Stromnetzes aus Sicht der Netzbetreiber. Die Flexibilität des bidirektionalen Ladens könnte laut der Analyse dazu beitragen, Systemdienstleistungen effizienter zu erbringen und langfristig Infrastruktur- und Energiekosten zu senken.
Eine zentrale Herausforderung wird der Studie zufolge die Integration von bidirektionalem Laden in lokale Lastprognosen sein, um den steigenden Bedarf durch die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen zu antizipieren. Entscheidend für eine erfolgreiche Umsetzung/Implementierung sei neben den rechtlichen Rahmenbedingungen die Gestaltung von ökologischen und ökonomischen Geschäftsmodellen, um die Akzeptanz und Rentabilität von bidirektionalem Laden zu fördern.