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CO₂-Neutralität und Dekarbonisierung sind die globalen Ziele, die auch Phoenix Contact antreiben. Das Zukunftsbild der All Electric Society beschreibt eine Welt, in der Energie aus erneuerbaren Ressourcen in ausreichendem Maße und bezahlbar zur Verfügung steht. Diese Vision setzt nachhaltige Konzepte zur Energieversorgung und Sektorenkopplung sowie ein intelligentes Energiemanagement voraus. Ein Ansatz ist der Ausbau von Gleichstromnetzen in der Industrie.
Forschungsprojekte wie DC-Industrie zeigen bereits den Nutzen von Gleichstromsystemen in der industriellen Anwendung. Die Nutzung von Rekuperationsenergie, die effizientere Energieübertragung zwischen den Sektoren und die Schonung von sensiblen Ressourcen führen zu einer besseren Energiebilanz im Gleichstromnetz.
Als Anbieter für Komponenten, Systeme und Lösungen im Bereich der Elektrotechnik, Elektronik und Automatisierung wollen wir die Vorteile eines Gleichstromnetzes und die damit verbundene bessere Energieeffizienz natürlich auch selbst testen und darüber hinaus innovative Lösungen entwickeln.
Für uns war daher naheliegend, ein eigenes Gleichstromnetz mit eigenen Komponenten aufzubauen. Für das DC-Grid in unserem neuen Gebäude, der All Electric Society Factory, in Blomberg wurden sowohl bestehende Lösungen genutzt als auch neue Komponenten entwickelt, die in einem Gleichstromnetz mit 650 V einsetzbar sind.
Das Gleichstromnetz in der All Electric Society Factory wird u. a. aus dem öffentlichen AC-Netz gespeist und verbindet weitere Erzeuger und Speicher mit den DC-Verbrauchern. Sowohl die regenerative Energieerzeugung über Photovoltaikanlagen als auch die Speicherung von Energie in Batterien erfolgt mit Gleichstrom. Damit liegt ein großer Benefit in der Reduzierung von Wandlungsverlusten sowie der Materialeinsparung in der Installation und in den Geräten.
Über die Spannungsebene mit 650 V in einem TN-System verbindet das Gleichstromnetz Photovoltaikanlagen, Batteriespeicher und E-Mobility-Ladestationen. Zusätzlich werden aus diesem 650-V-DC-Netz mehrere Niederspannungs-DC-IT-Systeme mit 400 V gespeist. An diese 400-V-DC-Subsysteme sind Verbraucher wie z. B. Beleuchtung, Steuerstromkreise und Produktionsanlagen angeschlossen.
Aus dem Niederspannungswechselstromnetz (AC-Netz) wird über CHARX High Power-Module das 650-V-DC-Netz erzeugt. Die bidirektionale Anbindung ermöglicht zudem die Rückspeisung von überschüssiger Energie der weiteren Einspeiser in das öffentliche Versorgungsnetz.
An die DC-Niederspannungs-Hauptstromverteilung ist eine PV-Anlage mit 100 kW Peak angeschlossen. Die regenerative Energieerzeugung durch Photovoltaik ist gleichstrombasiert. Die erforderliche DC-DC-Wandlung erfolgt besonders einfach über CHARX-Leistungsmodule im 19"-Format mit MPP-Tracking, da die Synchronisierung mit einem Wechselstromnetz nicht erforderlich ist. Eine intelligente Vernetzung von Erzeugern und Verbrauchern mit einem Energiemanagementsystem (EMS) bindet die volatile Energieerzeugung durch Photovoltaik unter Verwendung eines Batteriespeichers so ein, dass der Energiezufluss aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz minimiert wird.
Zum Ausgleich länger andauernder Leistungsbedarfe in der All Electric Society Factory ist ein 300-kWh-Batteriespeicher eingebunden. Wie üblich befindet er sich aus brandschutz- und versicherungstechnischen Gründen außerhalb des Gebäudes.
Der Batteriespeicher kann zur Deckung von Lastspitzen, dem sogenannten Peak-Shaving, genutzt werden, z. B. beim Anlauf von Großmaschinen. Auch im Fall einer Unterbrechung des öffentlichen Netzes kann der Batteriespeicher herangezogen werden und sorgt so für Stabilität und Versorgungssicherheit im gesamten Gleichstromnetz.
Die bidirektionale Anbindung von E-Ladesäulen in das 650-V-DC-Grid ermöglicht den Energiefluss in zwei Richtungen. Fahrzeugbatterien können so geladen und kurzfristig auch als Energiespeicher genutzt werden. Kombiniert mit der intelligenten Steuerung der PLCnext Control-Familie und einem EMS (Energiemanagementsystem) ermöglicht dies, kurzfristig sehr hohe Lastspitzen abzudecken und zur Netzqualität beizutragen.
Intern versorgt das 650-V-DC-Netz Verbraucher in Festinstallation. Zudem werden aus dem 650-V-DC-Netz über isolierende Umrichter Endstromkreise auf der Spannungsebene 400 V DC versorgt, z. B. für Beleuchtung und Anschlüsse für ortsveränderliche Geräte. Bei den 400-V-Sub-DC-Grids handelt es sich also um isolierte DC-Kreise (DC-IT-System).
Aktuelle Wechselspannungsgeräte in der AC-Niederspannungsebene benötigen intern zur Versorgung von PCs, Bildschirmen und LED-Beleuchtungstechnik Netzteile mit Gleichrichtung und DC-Zwischenkreisen. Werden diese Geräte direkt aus einem Gleichstromnetz versorgt, kann ein Großteil des Gewichts und Volumens der Eingangskreise eingespart werden.
Mit der niedrigeren Spannung in den Endstromkreisen ist dem Personenschutz in Anlehnung an DIN VDE 0100-410 Rechnung getragen. Die IT-Netze sind isolationsüberwacht und werden im Fehlerfall abgeschaltet.
In leistungsstarken industriellen Anwendungen können DC-Endstromkreise mit CHARX-DC-DC-Konvertern verwendet werden. Wird eine 24-V-DC-Hilfsversorgungsspannung benötigt, können die Tragschienen-Stromversorgungen der QUINT POWER-Familie eingesetzt werden.
