Vehicle-to-Grid: Elektrofahrzeuge als Baustein der Energieinfrastruktur von morgen

Die Zukunft ist elektrisch – getragen von erneuerbaren Energien, elektrischer Mobilität und einem effizienterem Einsatz von Strom in Industrie und Alltag. Laut Statista wird sich die weltweite Stromnachfrage bis 2050 im Vergleich zu 2020 verdoppeln.[1] Gründe dafür sind die fortschreitende Digitalisierung, zunehmende Elektrifizierung und Automatisierung sowie wachsende, wohlhabendere Gesellschaften. Diese enorm steigende Nachfrage zu bewältigen und gleichzeitig den Anteil erneuerbarer Energien zu erhöhen, zählt zu den größten technischen Herausforderungen der nahen Zukunft. Vehicle-to-Grid (V2G, zu Deutsch: vom Fahrzeug zum Netz) könnte dabei eine entscheidende Rolle spielen.

V2G bewegt sich im Spannungsfeld zweier großer Herausforderungen: Einerseits nimmt durch die zunehmende Elektrifizierung des Verkehrs der Strombedarf deutlich zu, zum anderen wächst der Druck auf die Energienetze, erneuerbare Energien zu integrieren und Lastspitzen effizient zu managen.

Autos als Teil der Lösung statt des Problems?

In Industrieländern werden private Pkw im Schnitt lediglich eine Stunde pro Tag bewegt – sie verbringen also etwa 95 % ihrer Lebenszeit parkend. V2G will diese ungenutzte Zeit produktiv machen, indem die in Elektrofahrzeugen verbauten Batteriemodule als Zwischenspeicher genutzt werden. Aus diesem Speicher kann bei Spitzenlast Strom ins Netz zurückgespeist werden. In großem Maßstab umgesetzt, würden Elektrofahrzeuge damit nicht mehr nur Energie verbrauchen, sondern aktiv zur Netzstabilität beitragen (indem sie die Wahrscheinlichkeit von Störungen durch Lastschwankungen reduzieren), erneuerbare Energien besser integrieren, zusätzliche Speicherkapazitäten schaffen und die Versorgungssicherheit erhöhen. Neben den Netzbetreibern würden davon auch die Fahrzeugbesitzer profitieren: Sie könnten ihr E-Auto in Nebenlastzeiten günstig laden und den Strom in Spitzenzeiten, wenn die Preise höher sind, mit Gewinn ins Netz zurückverkaufen.

Unter Vehicle-to-Home (V2H) oder Vehicle-to-Building (V2B) versteht man Ansätze, bei denen Fahrzeug, die Photovoltaikanlage auf dem Dach und das Gebäude miteinander gekoppelt sind und das Elektroauto die Rolle eines Stromspeichers für den Haushalt übernimmt: In der Regel können Elektrofahrzeuge mehr Energie speichern, als ein durchschnittlicher Haushalt pro Tag verbraucht.

V2G: Großes Potenzial für Elektrifizierung, stabile Netze und effiziente Energiespeicherung …

Anfang 2025 haben die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission Chinas sowie die chinesische Energiebehörde den Start von 30 V2G-Pilotprojekten in neun Städten angekündigt und damit das Potenzial von Elektrofahrzeugen für die Energiespeicherung unter realen Bedingungen unterstrichen. In Europa sprechen die Fraunhofer-Institute ISI und ISE von Elektrofahrzeugen als „Batterien auf Rädern“ und „virtuellen Kraftwerken“, die das „Potenzial besitzen, unser Energiesystem grundlegend zu verändern“. Laut ihrer Studie könnte bidirektionales Laden den Energiesystemen in der EU bis 2040 Einsparungen in Höhe von 22 Mrd. EUR ermöglichen – durch weniger zusätzliche Erzeugungskapazitäten, geringere Abregelungen und reduzierten Brennstoffverbrauch. Zwischen 2030 und 2040 könnten die Gesamteinsparungen bei 175,45 Mrd. EUR liegen, was nahezu dem gesamten EU-Haushalt von 2023 entspricht.[2]

Damit könnten Elektrofahrzeuge bis 2030 mehr als 4 % des europäischen Stromverbrauchs beisteuern, was der Versorgung von rund 30 Millionen Haushalten entspricht. Bis 2040 könnte dieser Anteil auf über 10 % steigen[3] und zugleich den Ausbau von rund 430 Gigawatt zusätzlicher Solarkapazität ermöglichen – was nahezu einer Verdoppelung der aktuellen EU-Kapazität gleichkäme. Der Bedarf an stationären Batteriespeichern ließe sich dadurch bis 2040 um beeindruckende 92 % reduzieren, und auch die notwendige Vorhaltung von Reservekraftwerken könnte erheblich sinken.[4]

… trotzdem gibt es noch erhebliche Herausforderungen

Das Potenzial von V2G ist zweifellos groß, doch ebenso groß sind die damit verbundenen regulatorischen, rechtlichen, haftungsbezogenen und technischen Herausforderungen. Voraussetzung ist zunächst eine hohe Zahl an Elektrofahrzeugen mit bidirektionaler Ladefunktion sowie eine flächendeckende Infrastruktur mit privaten und öffentlichen Netzanschlüssen. Zweitens müssen Hindernisse wie mangelnde Standardisierung und Interoperabilität, beispielsweise bei Kommunikationsprotokollen und Wechselrichter-Spezifikationen, überwunden werden. Darüber hinaus existieren derzeit noch zu wenige Anreiz- und Vergütungsmechanismen für Netzbetreiber und Eigner von Elektrofahrzeugen.

V2G gilt zudem als besonders heikel und anspruchsvoll, weil der Fahrzeugbesitzer wesentliche Steuerungsaufgaben des Lade- und Entladeprozesses dem Netzbetreiber überlassen würde. Dies hätte möglicherweise Auswirkungen auf die Garantiebestimmungen der Hersteller und verschärft die Bedenken hinsichtlich der Alterung der Batterie. Da wiederaufladbare Batterien nur über eine begrenzte Anzahl an Lade- und Entladezyklen verfügen, stellt sich die Frage, ob V2G den Verschleiß beschleunigt und damit den Restwert senkt. Diese Problematik müssen Batteriehersteller, OEMs, Netzbetreiber und staatliche Stellen gemeinsam lösen.

Auch wenn die EU-Gesetzgebung bidirektionalem Laden durch die „Alternative Fuels Infrastructure Regulation (AFIR)“ sowie die Aktualisierungen der „Renewable Energy Directive (RED II/III)“ den Weg ebnet, etwa durch Vorgaben zu Interoperabilität und Smart-Charging-Fähigkeiten, und immer mehr bidirektional-fähige Fahrzeuge mit ISO 15118-20-Kompatibilität auf den Markt kommen, ist die Umsetzung auf breiter Ebene bislang nicht erreicht.

V2G-taugliche Schütze: Ingenieurtechnische Hürden in bidirektionalen Anwendungen

Die Herausforderungen von V2G betreffen jedoch nicht nur Regulierung und Standards, sondern auch die Systemkomponenten von Elektrofahrzeugen und Ladestationen. Besonders hoch sind bei Gleichstromanwendungen die Sicherheits- und Isolationsanforderungen. V2G-Schütze müssen Stromflüsse in beide Richtungen beherrschen, Lichtbögen sicher löschen und auch unter Überstrombedingungen zuverlässig isolieren. Die Isolierung muss unter allen Umständen, einschließlich routinemäßiger Schaltzyklen und Überstrombedingungen, gewährleistet sein. Zunehmend wichtig wird auch die Einbindung in Steuerungs- und Monitoringsysteme von Fahrzeug und Ladestation, wodurch intelligente Schütze besonders entscheidend werden.

Die sogenannte Round-Trip-Effizienz, also der Wirkungsgrad des gesamten Lade- und Entladevorgangs, liegt je nach Batteriezustand, Temperatur, Ladegeschwindigkeit, Ladezustand und den Systemkomponenten jenseits der Batterie zwischen 80 und 90 %. Diese Verluste sind ausschlaggebend für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Vehicle-to-Grid.[5] Moderne bidirektionale Schütze wie die Baureihen C303, C305, C330, C310 und C320 von Schaltbau sind mit Silberlegierungskontakten in passender Größe und mit optimaler Kontaktkraft ausgestattet, wodurch die Kontakterwärmung deutlich reduziert wird (2- bis 3-mal geringer als bei Wettbewerbern). Dank ihrer überlegenen thermischen Eigenschaften verringern sie die Wärmeabgabe, schützen die Komponenten vor übermäßigem Verschleiß und gewährleisten eine effiziente, verlustarme Energieübertragung.

Sie verfügen außerdem über ein kompaktes, offenes Isolationskonzept, das selbst bei schwerwiegenden Fehlersituationen und hohen Kurzschlussströmen ein Bersten verhindert. Schaltbau-Schütze mit integrierter Spiegelkontaktfunktion zur Schaltzustandsüberwachung gewährleisten außerdem ein hohes Maß an Sicherheit für das gesamte System.

Elektrofahrzeuge: Mehr als nur Dekarbonisierung des Verkehrs

Elektrofahrzeuge weisen dem Transportsektor einen klaren Weg zur Dekarbonisierung, doch es lassen sich noch weitaus mehr Vorteile erschließen, wenn die regulatorischen, politischen und technischen Herausforderungen von V2G gemeistert werden. Als Anbieter von Lösungen für bidirektionale Ladeinfrastrukturen leisten die hochentwickelten Schütze von Schaltbau einen wichtigen Beitrag zu Systemsicherheit und Zuverlässigkeit in anspruchsvollen bidirektionalen E-Mobilitäts- und Energieanwendungen.

[1] Statista, Global energy storage - statistics & facts, 27. Februar 2025.

[2] Fraunhofer ISE & Fraunhofer ISI im Auftrag von Transport & Environment, Batteries on wheels: the untapped potential of EVs, 30. Oktober 2024.

[3] EY & Eurelectric, Plugging into potential: unleashing the untapped flexibility of EVs, 2025.

[4] Fraunhofer ISE & Fraunhofer ISI im Auftrag von Transport & Environment, Batteries on wheels: the untapped potential of EVs, 30. Oktober 2024.

[5] Joint Research Centre of the European Commission Technical Report, Vehicle-to-Grid and/or Vehicle-to-Home Round-Trip Efficiency, 2021.