Das Elektroauto ist der grösste Stromspeicher des zukünftigen Wohnhauses. Er muss intelligent genutzt werden.

Speichern

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Energiespeichersysteme sind der Schlüssel zur Nutzung erneuerbarer Energien, da sie es ermöglichen, Strom zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Strom speichern ist zentral für die Energiewende und für die Versorgungssicherheit zunehmend wichtiger. In der Schweiz übernehmen typischerweise Wasserkraftanlagen diese Aufgabe, indem sie Wasser in Speicherseen zurückhalten und erst dann zur Stromproduktion nutzen, wenn der Strom benötigt wird.
Energiespeichersysteme sind der Schlüssel zur Nutzung erneuerbarer Energien, da sie es ermöglichen, Strom zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Strom speichern ist zentral für die Energiewende und für die Versorgungssicherheit zunehmend wichtiger. In der Schweiz übernehmen typischerweise Wasserkraftanlagen diese Aufgabe, indem sie Wasser in Speicherseen zurückhalten und erst dann zur Stromproduktion nutzen, wenn der Strom benötigt wird.
Energiespeichersysteme sind der Schlüssel zur Nutzung erneuerbarer Energien, da sie es ermöglichen, Strom zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Strom speichern ist zentral für die Energiewende und für die Versorgungssicherheit zunehmend wichtiger. In der Schweiz übernehmen typischerweise Wasserkraftanlagen diese Aufgabe, indem sie Wasser in Speicherseen zurückhalten und erst dann zur Stromproduktion nutzen, wenn der Strom benötigt wird.

01

Batterie

Im Elektroauto wird der Strom in der Batterie gespeichert. Der Begriff Batterie umfasst das ganze System, das sich aus den eigentlichen elektrochemischen Zellen, einem Batteriemanagementsystem, einer Kühlung, Verpackung und Kontaktierung zusammensetzt. Elektroautobatterien sind meist modular aufgebaut und wiegen zwischen 250 und 650 kg. Die elektrochemischen Zellen bilden das Herz der Batterie. Sie werden zu Modulen zusammengeschaltet, die mit dem Kühlsystem und einem integrierten Batteriemanagementsystem zu einem Batteriesystem kombiniert werden. Die Batterie ist das teuerste Element im Elektroauto und macht rund ein Viertel des Verkaufspreises aus. Die Kosten pro Kilowattstunde sind in den vergangenen zehn Jahren um das Fünffache gesunken. (Quelle Statista | BFE)

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Batterie

Im Elektroauto wird der Strom in der Batterie gespeichert. Der Begriff Batterie umfasst das ganze System, das sich aus den eigentlichen elektrochemischen Zellen, einem Batteriemanagementsystem, einer Kühlung, Verpackung und Kontaktierung zusammensetzt. Elektroautobatterien sind meist modular aufgebaut und wiegen zwischen 250 und 650 kg. Die elektrochemischen Zellen bilden das Herz der Batterie. Sie werden zu Modulen zusammengeschaltet, die mit dem Kühlsystem und einem integrierten Batteriemanagementsystem zu einem Batteriesystem kombiniert werden. Die Batterie ist das teuerste Element im Elektroauto und macht rund ein Viertel des Verkaufspreises aus. Die Kosten pro Kilowattstunde sind in den vergangenen zehn Jahren um das Fünffache gesunken. (Quelle Statista | BFE)

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Batterie

Im Elektroauto wird der Strom in der Batterie gespeichert. Der Begriff Batterie umfasst das ganze System, das sich aus den eigentlichen elektrochemischen Zellen, einem Batteriemanagementsystem, einer Kühlung, Verpackung und Kontaktierung zusammensetzt. Elektroautobatterien sind meist modular aufgebaut und wiegen zwischen 250 und 650 kg. Die elektrochemischen Zellen bilden das Herz der Batterie. Sie werden zu Modulen zusammengeschaltet, die mit dem Kühlsystem und einem integrierten Batteriemanagementsystem zu einem Batteriesystem kombiniert werden. Die Batterie ist das teuerste Element im Elektroauto und macht rund ein Viertel des Verkaufspreises aus. Die Kosten pro Kilowattstunde sind in den vergangenen zehn Jahren um das Fünffache gesunken. (Quelle Statista | BFE)

03

Speichersee auf Rädern

Die Elektroautobatterie kann mit dem bidirektionalen Laden ein Speichersee auf Rädern sein. Die Kapazität der Batterien ist weitaus grösser als der durchschnittliche Fahrbedarf. Wird diese ungenutzte Reserve mit bidirektionalem Laden bei Bedarf wieder ins Netz zurückgespiesen, funktionieren Elektroautos wie ein Speichersee. Dies stellt nicht nur benötigten Strom zur Verfügung, sondern schont auch das Verteilnetz. Die ETH kommt zur Erkenntnis, dass eine intelligente Integration von Autobatterien in das Energiesystem die Versorgungssicherheit erhöht und Systemkosten um bis zu 6,5 Mrd. Franken reduzieren kann. Desweitern kann erneuerbarer Strom (PV) bis zu 70% besser genutzt werden und die Marktpreisunterschiede innerhalb von Stunden und Tagen können optimiert werden.

ETH-Studie

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Speichersee auf Rädern

Die Elektroautobatterie kann mit dem bidirektionalen Laden ein Speichersee auf Rädern sein. Die Kapazität der Batterien ist weitaus grösser als der durchschnittliche Fahrbedarf. Wird diese ungenutzte Reserve mit bidirektionalem Laden bei Bedarf wieder ins Netz zurückgespiesen, funktionieren Elektroautos wie ein Speichersee. Dies stellt nicht nur benötigten Strom zur Verfügung, sondern schont auch das Verteilnetz. Die ETH kommt zur Erkenntnis, dass eine intelligente Integration von Autobatterien in das Energiesystem die Versorgungssicherheit erhöht und Systemkosten um bis zu 6,5 Mrd. Franken reduzieren kann. Desweitern kann erneuerbarer Strom (PV) bis zu 70% besser genutzt werden und die Marktpreisunterschiede innerhalb von Stunden und Tagen können optimiert werden.

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Speichersee auf Rädern

Die Elektroautobatterie kann mit dem bidirektionalen Laden ein Speichersee auf Rädern sein. Die Kapazität der Batterien ist weitaus grösser als der durchschnittliche Fahrbedarf. Wird diese ungenutzte Reserve mit bidirektionalem Laden bei Bedarf wieder ins Netz zurückgespiesen, funktionieren Elektroautos wie ein Speichersee. Dies stellt nicht nur benötigten Strom zur Verfügung, sondern schont auch das Verteilnetz. Die ETH kommt zur Erkenntnis, dass eine intelligente Integration von Autobatterien in das Energiesystem die Versorgungssicherheit erhöht und Systemkosten um bis zu 6,5 Mrd. Franken reduzieren kann. Desweitern kann erneuerbarer Strom (PV) bis zu 70% besser genutzt werden und die Marktpreisunterschiede innerhalb von Stunden und Tagen können optimiert werden.

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02

Batterieentwicklung

In Elektroautos werden Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Diese werden laufend bezüglich Langlebigkeit, Gewicht, Kosten, Energiedichte und Umweltverträglichkeit verbessert. Zum Beispiel mit kobaltreduzierten und nickelreichen Hochenergie-Batteriemodulen. Entegegen der Namensgebung dieser Batterietechnologie beinhaltet die Lithium-Ionen-Batterie grösstenteils Metale wie Aluminium, Nickel und Kupfer sowie Mangan und Graphit. Nur 2% der Batteriemasse entfällt auf Lithium. An Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien wird weltweit geforscht. Im Fokus stehen dabei Metall-Ionen-, Metall-Schwefel-, Metall-Luft- und Redox-Flow-Batterien. Die verschiedenen Batterietechnologien unterscheiden sich im strukturellen Aufbau, den verwendeten Materialen, spezifischen Eigenschaften sowie dem Marktreifegrad. Bei keiner der alternativen Technologien zeichnet sich derzeit eine vergleichbare Anwendungsbreite wie Lithium-Ionen-Batterien ab. Dementsprechend ist davon auszugehen, dass diese auch zukünftig den Markt dominieren werden. (Quelle Frauenhofer Institut)

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Batterieentwicklung

In Elektroautos werden Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Diese werden laufend bezüglich Langlebigkeit, Gewicht, Kosten, Energiedichte und Umweltverträglichkeit verbessert. Zum Beispiel mit kobaltreduzierten und nickelreichen Hochenergie-Batteriemodulen. Entegegen der Namensgebung dieser Batterietechnologie beinhaltet die Lithium-Ionen-Batterie grösstenteils Metale wie Aluminium, Nickel und Kupfer sowie Mangan und Graphit. Nur 2% der Batteriemasse entfällt auf Lithium. An Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien wird weltweit geforscht. Im Fokus stehen dabei Metall-Ionen-, Metall-Schwefel-, Metall-Luft- und Redox-Flow-Batterien. Die verschiedenen Batterietechnologien unterscheiden sich im strukturellen Aufbau, den verwendeten Materialen, spezifischen Eigenschaften sowie dem Marktreifegrad. Bei keiner der alternativen Technologien zeichnet sich derzeit eine vergleichbare Anwendungsbreite wie Lithium-Ionen-Batterien ab. Dementsprechend ist davon auszugehen, dass diese auch zukünftig den Markt dominieren werden. (Quelle Frauenhofer Institut)

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Batterieentwicklung

In Elektroautos werden Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Diese werden laufend bezüglich Langlebigkeit, Gewicht, Kosten, Energiedichte und Umweltverträglichkeit verbessert. Zum Beispiel mit kobaltreduzierten und nickelreichen Hochenergie-Batteriemodulen. Entegegen der Namensgebung dieser Batterietechnologie beinhaltet die Lithium-Ionen-Batterie grösstenteils Metale wie Aluminium, Nickel und Kupfer sowie Mangan und Graphit. Nur 2% der Batteriemasse entfällt auf Lithium. An Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien wird weltweit geforscht. Im Fokus stehen dabei Metall-Ionen-, Metall-Schwefel-, Metall-Luft- und Redox-Flow-Batterien. Die verschiedenen Batterietechnologien unterscheiden sich im strukturellen Aufbau, den verwendeten Materialen, spezifischen Eigenschaften sowie dem Marktreifegrad. Bei keiner der alternativen Technologien zeichnet sich derzeit eine vergleichbare Anwendungsbreite wie Lithium-Ionen-Batterien ab. Dementsprechend ist davon auszugehen, dass diese auch zukünftig den Markt dominieren werden. (Quelle Frauenhofer Institut)

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Batterieentwicklung

In Elektroautos werden Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Diese werden laufend bezüglich Langlebigkeit, Gewicht, Kosten, Energiedichte und Umweltverträglichkeit verbessert. Zum Beispiel mit kobaltreduzierten und nickelreichen Hochenergie-Batteriemodulen. Entegegen der Namensgebung dieser Batterietechnologie beinhaltet die Lithium-Ionen-Batterie grösstenteils Metale wie Aluminium, Nickel und Kupfer sowie Mangan und Graphit. Nur 2% der Batteriemasse entfällt auf Lithium. An Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien wird weltweit geforscht. Im Fokus stehen dabei Metall-Ionen-, Metall-Schwefel-, Metall-Luft- und Redox-Flow-Batterien. Die verschiedenen Batterietechnologien unterscheiden sich im strukturellen Aufbau, den verwendeten Materialen, spezifischen Eigenschaften sowie dem Marktreifegrad. Bei keiner der alternativen Technologien zeichnet sich derzeit eine vergleichbare Anwendungsbreite wie Lithium-Ionen-Batterien ab. Dementsprechend ist davon auszugehen, dass diese auch zukünftig den Markt dominieren werden. (Quelle Frauenhofer Institut)

V2Switzerland

Stell Dir vor, alle Elektroautos (Stand Ende 2024 rund 200'000) können bereits bidirektional laden und die Energie wieder ins Netz zurückspeisen. Derzeit liefern uns einige Tausend Fahrzeuge der autoSense-Flotte Echtzeitdaten über Ladebereitschaft, Ladezustand und Energiereserve. Wir erfassen diejenigen Fahrzeuge, die an der Steckdose angeschlossen sind und über 60% Batteriekapazität verfügen. Diese Daten rechnen wir auf die derzeitige Fahrzeugflotte hoch und kennen somit zeitnah und präzise das aktuelle Speicherpotential der Elektromobilität. Die Daten werden alle 15 Minuten aktualisiert.

Das Swiss Mobility-Mitglied autoSense ist ein IT-Dienstleister, der eine Plattform betreibt, die Mobilitätslösungen durch Fahrzeugkonnektivität ermöglicht. Flotten profitieren von einer einheitlichen Lösung und effizientem Fahrzeugmanagement. Zudem nutzt autoSense anonymisierte und aggregierte Fahrzeugdaten, um Swiss Mobility wertvolle Erkenntnisse zu liefern.

Leistung

Die elektrische Leistung gibt an, wie viel elektrische Energie pro Sekunde umgesetzt wird – je höher die Leistung, desto schneller wird das Auto ge- oder entladen. Leistung wird in Watt (W) gemessen und berechnet sich aus Spannung mal Stromstärke.

Unsere Grafik zeigt das Potenzial von einer Flotte von 200'000 Elektroautos, die ins Netz einspeisen könnten. Die potenzielle Leistung hängt dabei vom Auto und der Ladestation ab – in einer Parksituation sind 3,6 bis 50 kW üblich. Ingesamt sind also zwischen 500 und 800 Megawatt rechnerisch möglich – vergleichbar mit einem kleinen Kraftwerk. Zum Vergleich: Das Kernkraftwerk Beznau liefert bis zu 730 MW (gestrichelte Linie).

Gespeicherte Energie

Gespeicherte Energie beschreibt die Menge an Energie, die in einem System wie einem Pumpspeicher oder eben aus vielen Elektroautobatterien zwischengespeichert ist, um sie bei Bedarf wieder nutzen zu können. So kann der Strom auch dann genutzt werden, wenn gerade keine Stromproduktion stattfindet, etwa bei Solarstrom in der Nacht. Je höher die Energie ist, desto grösser die Reichweite eines Autos – oder die Dauer der Einspeisung. 

Diese Grafik visualisiert das abrufbare Energievolumen aller aktuell eingesteckten Fahrzeuge. Damit genug zum Fahren übrigbleibt, wird nur die Energie über 60% Batteriefüllgrad eingerechnet. In unserer Simulation würde keine Autobatterie unter diesem Füllgrad entladen werden. 900 MWh ist die Energiemenge, welche dem Tagesverbrauch von über 100'000 Haushalten entspricht (3-Personen im MFH).

Ladebereitschaft

Im Normalfall befinden sich Elektroautos in einem dieser Zustände: fahrend, parkierend, parkierend und eingesteckt, offline (z. B. wegen Tiefschlafmodus des Batteriemanagementsystems) oder in Wartung. In dieser Grafik visualisieren wir jenen Anteil der Flotte, der gleichzeitig eingesteckt und online ist, also potenziell ansprechbar für netzdienliche Anwendungen wie gesteuertes oder bidirektionenales Laden.

Damit dies in grosser Breite eingesetzt werden kann, müssen möglichst viele Autos zu jedem Zeitpunkt eingesteckt sein – nach dem Prinzip: wenn das Elektroautos steht, lädt es. Ein weiterer Grund für Swiss eMobility, sich für Lademöglichkeiten auch für Stockwerkeigentümerinnen und Mieter einzusetzen.

Bidirektionales Laden

Stromfluss in beide Richtungen - von der Ladestation zum Auto und bei Bedarf wieder zurück - nennt sich bidirektionales Laden. Das Elektroauto wird so in das Stromnetz eingekoppelt und vom reinen Verbraucher zum wichtigen Systemteilnehmer. Je nach Bedarf oder je nach lokaler Stromerzeugung (beispielsweise Solarstrom auf dem Dach) wird dem Auto Energie zugeführt oder umgekehrt, dem Auto Energie entnommen. Dabei entstehen verschiedene Vorteile: das Stromnetz wird stabilisiert, erneuerbare Energien werden besser genutzt (bis zu 70%!), Marktpreisunterschiede können innerhalb Stunden optimiert und die Kosten des Netzausbaus reduziert werden. Die ETH kommt zur Erkenntnis, dass eine intelligente Integration von Autobatterien in das Energiesystem die Versorgungssicherheit erhöht und Systemkosten um bis zu 6,5 Mrd. Franken reduzieren kann.

ETH Studie

ETH Studie

ETH Studie

ETH Studie

Der Akku des Elektrofahrzeuges hat eine weitaus grössere Speicherkapazität, als im Normalfall für die tägliche Mobilität benötigt wird. Im Durchschnitt steht ein Auto über 23 Stunden pro Tag. Zeit, in welcher die Batterie als temporärer Energiespeicher genutzt werden kann. Das bidirektionale Laden ist also mit keinen Nutzungsnachteilen verbunden.

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