Das bidirektionale Laden von Elektroautos hat großes Potenzial für die Sektorenkopplung. Die Technik dafür steckt allerdings noch in den Kinderschuhen. Ändern will das jetzt ein Konsortium aus Wissenschaft und Industrie unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (IAF) aus Freiburg. Um der Technik zum Durchbruch zu verhelfen, wollen die insgesamt vier Partner die Kosten der aufwändigen Ladetechnik senken. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das auf drei Jahre angelegte Forschungsprojekt im Rahmen des Programms „Elektro-Mobil“.
Durch bidirektionales Laden können Elektroautos mit Strom aus erneuerbaren Energien geladen und in Zeiten, in denen keine Wind- oder Solarenergie produziert wird, nach Bedarf wieder entladen werden. Verbraucher könnten diesen Strom dann für andere elektrische Geräte nutzen oder an das Stromnetz abgeben und somit zur Energiesicherheit beitragen.
Die „Quasar 2“ von Wallbox Chargers aus Barcelona ist eine der ersten Gleichstrom-Ladestationen auf dem Markt, die den Strom aus dem Akku des Elektroautos ins Hausnetz speisen können. Über den CCS-Anschluss und mit einer Ladeleistung von bis zu 12,8 kW. Der Aufwand hat allerdings seinen Preis: Die Wallbox soll 4000 Euro kosten. Foto: Wallbox
Bisherige technologische Ansätze würden den Ansprüchen an Kosten und Effizienz nicht gerecht, heißt es vom Fraunhofer-Institut IAF. „Es fehlt an intelligenten und kostengünstigen bidirektionalen Ladesystemen, um Batterien, Netz, lokale Erzeuger und Verbraucher mit hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte zu verbinden.“ Gemeinsam mit der Universität Stuttgart, der Robert Bosch GmbH und dem Mainzer Engineeringunternehmen Ambibox wollen die Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher nun neue Halbleiterbauelemente, Bauteilkonzepte und Systemkomponenten entwickeln, die effizienter und kostengünstiger sind.
Saphir statt Silizium
Erklärtes Ziel des Projekts „GaN4EmoBiL – GaN-Leistungshalbleiter für Elektromobilität und Systemintegration durch bidirektionales Laden“ sei es, eine Forschungs- und Entwicklungslücke zu füllen. Die klaffe bei der Bidirektionalität noch zwischen Kosten, Effizienz, Kompaktheit, Funktionalität, Leistungsklasse und Spannungsklasse.
In Kooperation mit dem Branchendienst energate.
In einem ersten Schritt liegt der Fokus auf Halbleitern. Statt auf Silizium wollen die Forscher dabei auf alternative Substrate wie beispielsweise Saphir setzen. Denn die Materialien, die erste bidirektionale DC-Wallboxen nutzen, seien „entweder effizient, aber teuer (Siliziumkarbid) oder kostengünstig und dafür weniger effizient (Silizium)“.
Noch sind beim bidirektionalen Laden aber nicht nur technische, sondern auch regulatorische Hürden zu meistern. Wichtig für Letztere ist die derzeit laufende Reform des Paragrafen 14a Energiewirtschaftsgesetz. Wenn E-Autos sowohl Strom speichern als auch wieder abgeben können, kann mehr Grünstrom aufgenommen und zeitversetzt genutzt werden.