Een elektrische auto kan in de toekomst meer zijn dan alleen een vervoermiddel. Dankzij bidirectioneel laden kan de energie uit het accupakket ook worden gebruikt buiten de auto. De batterij kan stroom leveren aan elektrische apparaten, een woning of zelfs het openbare elektriciteitsnet. Daarmee verandert de EV in feite in een grote, mobiele energieopslag.
Bij traditioneel laden gaat elektriciteit maar één kant op: van het elektriciteitsnet naar de batterij. Bij bidirectioneel laden kan de energiestroom beide kanten op. De auto kan dus niet alleen energie opnemen, maar deze op een later moment ook weer afgeven.
Dat is interessant omdat de batterij van een elektrische auto doorgaans aanzienlijk groter is dan die van een gemiddelde thuisbatterij. Waar een thuisbatterij vaak een capaciteit van enkele tot ongeveer 15 kWh heeft, beschikken veel moderne elektrische auto’s over 50 tot meer dan 100 kWh. Een auto die toch een groot deel van de dag geparkeerd staat, kan daardoor een belangrijke rol spelen in het energiesysteem.
Wat is bidirectioneel laden?
Bidirectioneel laden is een verzamelnaam voor technologie waarbij energie niet alleen in de accu van een elektrische auto kan worden opgeslagen, maar ook weer uit die accu kan worden gehaald. De auto wordt daarmee onderdeel van een groter energiesysteem.
Het principe lijkt eenvoudig, maar technisch zijn er verschillende systemen nodig. De auto, de laadpaal, de elektrische installatie van de woning en eventueel het elektriciteitsnet moeten met elkaar kunnen communiceren. Bovendien moeten zij precies weten wanneer energie mag worden geladen of teruggeleverd en met welk vermogen.
Er bestaan drie belangrijke toepassingen: Vehicle-to-Load (V2L), Vehicle-to-Home (V2H) en Vehicle-to-Grid (V2G). Hoewel ze allemaal gebruikmaken van energie uit de tractiebatterij, zijn de toepassing en technische eisen verschillend.
Vehicle-to-Load: de auto als mobiel stopcontact
Vehicle-to-Load, meestal afgekort tot V2L, is momenteel de eenvoudigste vorm van bidirectioneel gebruik. Hierbij levert de elektrische auto rechtstreeks stroom aan elektrische apparaten. De auto fungeert daarmee als een grote mobiele stroomvoorziening.
Veel EV’s met V2L beschikken over een 230-voltaansluiting in de auto of kunnen via een adapter een normaal stopcontact creëren. De gelijkstroom uit de hoogspanningsbatterij wordt daarbij door een omvormer omgezet in wisselstroom. Het beschikbare vermogen ligt bij veel modellen rond 2 tot 3,6 kW, al zijn er auto’s die meer kunnen leveren.
V2L is vooral praktisch op plaatsen waar geen elektriciteitsaansluiting beschikbaar is. Denk aan een camping, een bouwplaats of een evenement. Ook elektrisch gereedschap, verlichting, een koelkast of andere apparatuur kan rechtstreeks vanuit de auto worden gevoed.
V2L hoeft bovendien niet te betekenen dat de volledige accu wordt ontladen. De bestuurder kan doorgaans instellen of de auto tot een bepaalde minimale laadstatus energie mag blijven leveren. De auto bewaakt daarbij zelf de batterij en de elektrische belasting.
Vehicle-to-Home: energie uit de auto voor het huis
Vehicle-to-Home, oftewel V2H, gaat een stap verder. De elektrische auto wordt hierbij verbonden met de elektrische installatie van de woning, zodat energie uit de autobatterij kan worden gebruikt voor huishoudelijke apparaten.
Een belangrijke toepassing is het combineren van V2H met zonnepanelen. Overdag kan de auto worden opgeladen met een overschot aan zonnestroom. Wanneer de zon ondergaat en de zonnepanelen geen of weinig energie produceren, kan de opgeslagen energie vervolgens weer worden gebruikt in huis.
Hierdoor hoeft minder zelf opgewekte zonne-energie direct aan het elektriciteitsnet te worden teruggeleverd. De elektrische auto functioneert dan als een tijdelijke buffer tussen het moment waarop energie wordt opgewekt en het moment waarop het huishouden die energie nodig heeft.
V2H kan daarnaast worden gebruikt om het elektriciteitsverbruik op bepaalde momenten te verlagen. Wanneer elektriciteit duur is of wanneer de belasting van het lokale elektriciteitsnet hoog is, kan de woning tijdelijk energie uit de auto gebruiken.
Niet iedere elektrische auto die bidirectioneel kan laden, ondersteunt overigens automatisch V2H. Zowel de auto als de laadinstallatie en de software moeten hiervoor geschikt zijn. Ook de elektrische installatie van de woning moet correct worden ingericht.
Vehicle-to-Grid: de auto als onderdeel van het elektriciteitsnet
Vehicle-to-Grid, kortweg V2G, is de meest vergaande vorm. Hierbij kan een elektrische auto niet alleen energie leveren aan apparaten of de eigen woning, maar ook terugleveren aan het openbare elektriciteitsnet.
Een enkele auto maakt daarbij geen groot verschil. Een grote groep elektrische auto’s kan dat wel. Wanneer duizenden of zelfs miljoenen auto’s op geschikte momenten energie opnemen of terugleveren, ontstaat een enorme hoeveelheid flexibel inzetbare opslagcapaciteit.
Dat kan helpen om vraag en aanbod op het elektriciteitsnet beter op elkaar af te stemmen. Bij veel wind- of zonne-energie kan de laadbehoefte van elektrische auto’s bijvoorbeeld worden gebruikt om een overschot aan elektriciteit op te nemen. Wanneer de vraag naar elektriciteit tijdelijk groter is, kunnen daarvoor geschikte auto’s juist energie terugleveren.
V2G wordt daarmee interessant voor de energietransitie, omdat het elektriciteitsnet steeds afhankelijker wordt van variabele bronnen zoals wind en zon. De accu’s van elektrische auto’s kunnen een deel van die variatie opvangen.
Wat is het verschil tussen V2L, V2H en V2G?
Het belangrijkste verschil zit in de bestemming van de energie. Bij V2L wordt de auto gebruikt als mobiele stroombron voor losse apparaten. Bij V2H wordt de energie gebruikt binnen de woning. Bij V2G wordt de auto onderdeel van het openbare elektriciteitsnet.
De technische complexiteit neemt daarbij eveneens toe. V2L kan bij geschikte auto’s relatief eenvoudig met een adapter worden gebruikt. Voor V2H en V2G is een geschikte bidirectionele laadinstallatie nodig en moet de elektrische installatie voldoen aan aanvullende eisen.
AC en DC bij bidirectioneel laden
Bij bidirectioneel laden speelt de plaats van de omvormer een belangrijke rol. De batterij van een elektrische auto slaat energie op als gelijkstroom (DC), terwijl het elektriciteitsnet en de meeste huishoudelijke apparaten met wisselstroom (AC) werken.
Bij een AC-systeem vindt de omzetting tussen gelijkstroom en wisselstroom in belangrijke mate in de auto plaats via de bidirectionele boordlader. De laadpaal kan daardoor relatief eenvoudig blijven.
Bij een DC-systeem blijft de elektriciteit tussen de batterij en de laadpaal gelijkstroom. De omzetting naar wisselstroom vindt plaats in de laadinstallatie. Dit kan voordelen hebben voor het voertuig, maar de benodigde laadpaal is technisch complexer en doorgaans duurder.
Welke oplossing wordt gebruikt, hangt onder meer af van de auto, de laadpaal en de gewenste toepassing. Niet iedere auto met V2L is geschikt voor V2H of V2G en een auto met een geschikte laadstandaard kan in de praktijk alsnog beperkingen hebben door de gebruikte software of laadinstallatie.
ISO 15118 en de communicatie tussen auto en laadpaal
Bidirectioneel laden vereist meer dan alleen een kabel die elektriciteit in twee richtingen kan transporteren. De auto en de laadinstallatie moeten voortdurend informatie uitwisselen.
Een belangrijke standaard hiervoor is ISO 15118. Met name ISO 15118-20 bevat functies voor bidirectionele energiestromen. De standaard beschrijft onder meer hoe voertuig en laadpunt met elkaar communiceren over de laad- en energiestroom.
In de praktijk betekent dit dat de auto niet zomaar energie aan het elektriciteitsnet gaat leveren. Daarvoor moeten voertuig, laadpunt, energiemanagementsysteem en netaansluiting op elkaar zijn afgestemd.
Wat gebeurt er bij een stroomstoring?
Een veelgenoemd voordeel van V2H is de mogelijkheid om de elektrische auto als noodstroomvoorziening te gebruiken. Dat kan inderdaad, maar het is geen automatische eigenschap van iedere V2H-installatie.
Wanneer het openbare elektriciteitsnet uitvalt, moet een woning veilig worden losgekoppeld van het net voordat de auto de woning van stroom kan voorzien. Dit voorkomt dat er tijdens een storing spanning op het openbare net terechtkomt. Een geschikt systeem kan de woning daarom in een zogenoemd eilandbedrijf laten functioneren.
Afhankelijk van de installatie kan de auto vervolgens een deel of de volledige woning van elektriciteit voorzien. De beschikbare tijd is afhankelijk van het energieverbruik. Een woning die alleen koelkast, verlichting, internetapparatuur en enkele andere essentiële apparaten gebruikt, kan aanzienlijk langer met de batterij vooruit dan een woning waarin ook een warmtepomp, elektrische boiler en andere grote verbruikers blijven draaien.
De term UPS, of Uninterruptible Power Supply, moet hierbij overigens voorzichtig worden gebruikt. Niet iedere V2H-installatie schakelt volledig onderbrekingsvrij over zoals een professionele UPS. De precieze werking tijdens een stroomstoring is afhankelijk van de gebruikte apparatuur.
Zorgt bidirectioneel laden voor extra batterijslijtage?
Het regelmatig laden en ontladen van een tractiebatterij roept begrijpelijkerwijs vragen op over de levensduur. Iedere laad- en ontlaadcyclus draagt immers bij aan veroudering van een batterij.
Dat betekent echter niet dat V2H of V2G automatisch tot een grote extra slijtage leidt. De belasting van de batterij hangt sterk af van de laad- en ontlaadvermogens, de temperatuur, de laadstatus en de manier waarop het systeem wordt gebruikt. Relatief langzaam laden en ontladen is doorgaans minder belastend dan langdurig laden met zeer hoge vermogens.
Ook het Battery Management System van de auto speelt een belangrijke rol. De software bewaakt onder meer temperatuur, laadstatus en stroomsterkte en voorkomt dat de batterij buiten veilige grenzen wordt gebruikt.
Toch is het te stellig om te zeggen dat bidirectioneel laden geen extra slijtage veroorzaakt. Extra energie door de batterij laten stromen betekent in beginsel extra gebruik. De vraag is daarom vooral of de financiële of energetische voordelen opwegen tegen die extra degradatie. Dat zal per auto, gebruikssituatie en energieprijs verschillen.
LFP en NMC: maakt de batterijchemie verschil?
De manier waarop een batterij met bidirectioneel laden omgaat, hangt mede af van de gebruikte batterijchemie. Lithium-ijzerfosfaat (LFP) staat bijvoorbeeld bekend om zijn relatief goede cyclusbestendigheid. NMC-batterijen hebben andere eigenschappen en kunnen eveneens geschikt zijn voor bidirectioneel gebruik.
Daarmee is niet automatisch te zeggen dat een LFP-auto altijd beter geschikt is voor V2H of V2G. Het complete batterijsysteem, de thermische huishouding, de software en de door de fabrikant toegestane laadstrategie zijn minstens zo belangrijk.
Een elektrische auto die technisch bidirectioneel kan laden, kan bovendien beperkingen hebben in de manier waarop de fabrikant de batterij voor V2H of V2G beschikbaar stelt.
Bidirectioneel laden en zonnepanelen
Een van de interessantste toepassingen voor particuliere EV-bezitters is de combinatie van zonnepanelen en V2H. Zonnepanelen produceren vooral overdag elektriciteit, terwijl veel huishoudens juist ’s ochtends en ’s avonds energie gebruiken.
Een elektrische auto kan dat verschil gedeeltelijk overbruggen. Wanneer de auto overdag thuis staat, kan een overschot aan zonnestroom in de batterij worden opgeslagen. Later kan die energie worden gebruikt voor het huishouden.
De mate waarin dit financieel interessant is, hangt onder meer af van de vergoeding voor teruglevering, eventuele terugleverkosten, de elektriciteitsprijs en het rendement van het laad- en ontlaadproces. Ook is het belangrijk dat de auto daadwerkelijk op de momenten beschikbaar is waarop energie moet worden opgeslagen of geleverd.
Bidirectioneel laden maakt van de EV daarmee geen gratis energiebron. De energie moet eerst ergens worden opgewekt of ingekocht en bij iedere omzetting gaat een deel van de energie verloren.
Kan V2G geld opleveren?
In theorie kan een elektrische auto geld verdienen door op gunstige momenten te laden en op andere momenten energie terug te leveren. Dat kan via prijsverschillen op de energiemarkt, maar V2G kan ook waarde leveren door flexibiliteit beschikbaar te stellen aan marktpartijen.
De onbalansmarkt is daarbij interessant. Op deze markt worden zeer kortetermijnverschillen tussen vraag en aanbod op het elektriciteitsnet gecorrigeerd. Flexibele batterijen kunnen hierbij een rol spelen.
Een individuele consument krijgt echter niet automatisch rechtstreeks toegang tot alle energiemarkten. In de praktijk zijn hiervoor doorgaans een geschikte energieleverancier, aggregator of andere marktpartij, een compatibele auto en een geschikte laadinstallatie nodig.
Ook de vergoeding is niet gegarandeerd. De opbrengst hangt af van marktprijzen, beschikbare capaciteit, contractvoorwaarden, laadverliezen, belastingen en de mate waarin de auto beschikbaar is. Een berekening op basis van alleen de theoretische marktprijs geeft daarom geen betrouwbaar beeld van het werkelijke rendement.
Is een thuisbatterij nog nodig als de auto V2H ondersteunt?
Een elektrische auto met V2H kan een groot deel van de functie van een thuisbatterij overnemen, maar beide systemen zijn niet volledig hetzelfde.
Een thuisbatterij staat altijd op dezelfde plek en kan daardoor continu worden ingezet voor het opslaan en afgeven van energie. Een auto kan daarentegen vertrekken. Wanneer de EV naar het werk, een afspraak of op vakantie gaat, is de opgeslagen capaciteit niet langer beschikbaar voor de woning.
De auto heeft wel een belangrijk voordeel: de batterij is doorgaans veel groter. Een EV van 70 of 80 kWh kan theoretisch aanzienlijk meer energie opslaan dan een thuisbatterij van 10 kWh.
Of een aparte thuisbatterij daardoor overbodig wordt, hangt af van het gebruik. In sommige huishoudens kan V2H een aantrekkelijke vervanger zijn. In andere situaties kan een combinatie van een thuisbatterij, zonnepanelen en een bidirectionele auto juist meer flexibiliteit bieden.
Zakelijk laden en privégebruik
Bidirectioneel laden kan ook een interessante situatie creëren voor zakelijke elektrische auto’s. Een auto kan bijvoorbeeld tijdens werktijd of op een zakelijke laadlocatie worden geladen en later thuis energie beschikbaar stellen.
Daar zitten echter fiscale en contractuele aandachtspunten aan. De elektriciteit die in een zakelijke auto wordt geladen, heeft een financiële waarde. Wanneer die energie vervolgens wordt gebruikt voor privédoeleinden, moet worden bekeken hoe dit binnen de afspraken met werkgever, leasemaatschappij en energieleverancier wordt verwerkt.
Het is daarom niet correct om te stellen dat zakelijk geladen elektriciteit zonder meer gratis voor het huishouden kan worden gebruikt. De fiscale behandeling en verrekening zijn afhankelijk van de specifieke situatie en kunnen bovendien veranderen.
Waarom bidirectioneel laden belangrijk kan worden
De belangrijkste waarde van bidirectioneel laden ligt uiteindelijk niet alleen in het besparen van een paar euro op de energierekening. De technologie kan helpen om het volledige energiesysteem flexibeler te maken.
Het aandeel zonne- en windenergie groeit, terwijl de vraag naar elektriciteit eveneens toeneemt door onder meer elektrische auto’s, warmtepompen en industriële elektrificatie. Daardoor ontstaat steeds meer behoefte aan manieren om vraag en aanbod op elkaar af te stemmen.
Elektrische auto’s staan bovendien een groot deel van de tijd geparkeerd. Wanneer een auto stilstaat, kan de batterij in principe worden ingezet als energieopslag, zolang de bestuurder voldoende bereik overhoudt voor het volgende ritje.
Een grote hoeveelheid elektrische auto’s kan zo gezamenlijk een enorme virtuele batterij vormen. Niet iedere auto hoeft daarbij tegelijkertijd energie terug te leveren. Met slimme software kan worden bepaald welke auto’s beschikbaar zijn, hoeveel energie ze kunnen afstaan en wanneer ze weer volledig moeten zijn opgeladen.
Wat zijn de belangrijkste voordelen?
Bidirectioneel laden kan de zelfconsumptie van zonnestroom verhogen, de afhankelijkheid van het elektriciteitsnet op bepaalde momenten verminderen en een elektrische auto een extra functie geven als energieopslag. V2L maakt de auto bovendien direct bruikbaar als mobiele stroomvoorziening, terwijl V2H en V2G op grotere schaal kunnen bijdragen aan een stabieler elektriciteitssysteem.
Daar staat tegenover dat de techniek nog niet universeel beschikbaar is. Auto, laadpaal, software en elektrische installatie moeten allemaal geschikt zijn. Ook zijn bidirectionele laadstations doorgaans duurder dan conventionele laadpunten en verschillen de mogelijkheden per automodel.
Daarnaast moeten regelgeving, tarieven en marktmodellen zich verder ontwikkelen voordat iedere EV-eigenaar eenvoudig financieel kan profiteren van V2G.
De elektrische auto als onderdeel van het energiesysteem
Bidirectioneel laden verandert de manier waarop we naar de batterij van een elektrische auto kunnen kijken. De accu is niet langer uitsluitend een energievoorraad voor het volgende ritje, maar kan ook functioneren als onderdeel van de huishoudelijke of zelfs openbare energievoorziening.
V2L is daarvan de meest eenvoudige toepassing en is inmiddels bij verschillende elektrische auto’s beschikbaar. V2H biedt mogelijkheden om zonne-energie beter te benutten en een woning tijdelijk van energie te voorzien. V2G gaat nog verder en maakt van een vloot elektrische auto’s een flexibel onderdeel van het elektriciteitsnet.
De techniek staat nog volop in ontwikkeling. De komende jaren zullen vooral de beschikbaarheid van geschikte auto’s en laadpunten, regelgeving, energietarieven en de ontwikkeling van slimme energiemanagementsystemen bepalen hoe groot de rol van bidirectioneel laden uiteindelijk wordt.
Voor de energietransitie is het concept in ieder geval veelbelovend: miljoenen elektrische auto’s beschikken samen over een enorme hoeveelheid batterijcapaciteit die, wanneer auto’s stilstaan, veel meer kan betekenen dan alleen het bewaren van energie voor de volgende rit.
