Gleichstrom mit Leidenschaft Lokale Gleichstromnetze können bis zu 20 % Energie einsparen, machen den erzeugten Strom direkt speicherbar und senken die nötige Menge an Ressourcen für ihre Errichtung.
Die DC Twins
Sie sind die Aushängeschilder der Gleichstromtechnologie bei Phoenix Contact. Martin Wetter und Christian Helmig stehen mit Überzeugung hinter dem Leitbild von Phoenix Contact, der All Electric Society. Und Gleichstrom, so sind sie sicher, kann einen wertvollen Beitrag für das Gelingen der nachhaltigen Energiewende leisten.
Er ist überall
Im Alltag sind wir permanent von Gleichspannung umgeben. „In jedem elektrischen Gerät, das ein Display hat, von Waschmaschine über Smartphone bis Autoelektronik, steckt Gleichstrom. Jeder elektrische Antrieb funktioniert in der Regel mit Gleichstrom. Jede Batterie speichert Gleichstrom. Es gibt nur ganz wenige Geräte, etwa alte Toaster oder Bügeleisen, die direkt mit Wechselstrom funktionieren“, erklärt Martin Wetter.
Und Christian Helmig ergänzt: „Durch die regenerativen Energieerzeuger, vor allem Solar, ist Gleichspannung wieder ein großes Thema geworden. Ob in Solarmodulen oder Windrädern, hier wird die eingefangene Energie zunächst einmal in Gleichstrom umgesetzt. Und in Elektromobilen treiben Batterien mit Gleichstrom die Räder an.“
Solarfeld auf dem Dach der All Electric Society Factory von Phoenix Contact
Vorteil Gleichstrom
Es sind handfeste Argumente, die den späten Nachfolgern von Thomas Alva Edison in die Karten spielen: Effizienz, Speicherbarkeit und Ressourcen. Sofort ersichtlich ist, dass bei jeder Transformation von Energie ein Teil davon in Wärme verloren geht. Wird Strom durch Wind oder Sonne erzeugt, liegt er zunächst in Gleichspannung vor. Die Wandlung in Wechselstrom „frisst“ rund 20 % der ursprünglichen Energie. Die kann eingespart werden, bleibt man in der Welt des Gleichstroms.
Der zweite Vorteil ist die Rekuperation, also die Nutzung von überschüssiger Bewegungsenergie. „Das geht mit Gleichstrom besonders einfach. Und das ist nicht nur bei der Elektromobilität wichtig, sondern auch in vielen industriellen Bereichen wie etwa Hochregalsystemen oder Industrierobotern. Energie wird zurückgewonnen, wenn sich die Bewegung verringert“, fügt der Innovationsmanager Wetter an. „Effizienz ist also eines der zentralen Themen, wenn es um den verstärkten Einsatz von Gleichstrom geht.“
Aus den Ladesäulen fließt Gleichstrom in die Antriebsbatterien von E-Fahrzeugen
Die direkte Speicherbarkeit ist ein weiterer Pluspunkt. Energie aus Batterien ist Gleichstrom. Gleichstromsysteme können Energie ohne Wandlung direkt in Batterien speichern oder abrufen. Die Komplexität der Systeme nimmt ab, was wiederum zu Effizienzsteigerungen führt.
Fehlt noch die Ressourcenschonung, die schon bei der Einsparung von Material beginnt, da die benötigten Kupferleitungen deutlich geringere Querschnitte aufweisen. Und die benötigte Anschlussleistung, also die Menge an elektrischer Energie, die der Netzbetreiber vertraglich zur Verfügung stellt, kann um rund zwei Drittel geringer ausfallen als bei einem herkömmlichen Wechselspannungsanschluss. „Das spart sofort bares Geld, noch bevor eine Maschine überhaupt läuft“, erklärt Christian Helmig.
Dr. Martin Wetter erklärt die Vorteile von Wechselstrom
Vorteil Wechselstrom
Wechselstrom spielt seine Vorteile bei der Energieübertragung über weite Strecken aus. Dr. Wetter: „Wenn ich eine gewisse Leistung übertragen will, brauche ich Strom mal Spannung. Will ich viel Leistung übertragen, muss ich Strom oder Spannung oder beides erhöhen. Die Übertragungsverluste auf solchen Leitungen hängen aber ausschließlich vom Strom ab. Die steigen sogar quadratisch, also doppelter Strom gleich vierfache Verluste. Deswegen überträgt man große Leistungen über weite Distanzen mit Wechselstrom, mit hohen Spannungen. So minimiert man Übertragungsverluste. Die Umwandlung geschieht mit entsprechenden Transformatoren einfach und überragend zuverlässig.“ In der klassischen Technik der Verteilnetze mit wenigen großen Kraftwerken und sternförmiger Verteilung ist Wechselstrom also gesetzt.
Auch beim Thema Handhabung punktet der Wechselstrom. Dazu Martin Wetter: „Eigentlich gibt es nichts, was mit Gleichstrom nicht funktionieren würde. Was wir aber im Bereich Wechselstrom erreicht haben, ist der extrem hohe Sicherheitsstandard. Zum Vergleich: Pro Jahr gibt es allein in Deutschland etwa 3.000 Menschen, die im Straßenverkehr sterben. Aber nur 30 Tote durch Stromschläge, trotz der enormen Verbreitung.“
Dr. Christian Helmig erklärt die Unterschiede von DC zu AC
Woran liegt es, dass der Umgang mit Gleichstrom noch eine Domäne von Fachleuten ist? Christian Helmig erklärt: „Der wirkliche Unterschied von DC zu AC ist im Alltag der fehlende Nulldurchgang der Spannung. Wenn man in einem Wechselspannungsnetz ein in Betrieb befindliches Gerät vom Netz trennt, entsteht ein Lichtbogen. Den nimmt man aber kaum wahr, da er nur Sekundenbruchteile andauert. Beim Gleichstrom muss man da deutlich wachsamer sein. Ein Gerät unter Gleichspannung vom Netz zu trennen, löst einen gefährlichen Lichtbogen aus, der sowohl den Nutzer als auch das Material massiv gefährdet. Daher ist ein Ziel unserer Produktentwicklung, dass wir bei der Technologie ein ähnliches Sicherheitsniveau auch beim Gleichstrom erreichen, wie es der Endanwender beim Wechselstrom gewohnt ist.“
ArcZero – Steckverbinder für Gleichstromnetze
Zusammenarbeit macht DC stark
Hier setzt Martin Wetter an: „Wir haben heute dank neuer Leistungselektronik Möglichkeiten, die Vorteile der Gleichspannung wieder nutzbar zu machen. Und wir haben erste Produkte, die speziell auf die direkte Nutzung von Gleichstrom abzielen. Aber noch fehlen Standardisierungen.“
Dr. Helmig ergänzt: „Unser ArcZero etwa ist der erste Steckverbinder, den wir nur für DC entwickelt haben. Integriert ist eine Schaltung, die den Kontakt erkennt. Wenn ich den Stecker unter Last ziehe, dann entsteht auch hier ein Lichtbogen, der allerdings nur minimal ist, da der Strom die Schaltung anspricht.“
Wetter: „Das zeigt, warum wir nicht gleich alles in DC umsetzen können. Ein einfacher Stecker und eine einfache Steckdose sind, um die gleiche Handhabung zu erreichen, deutlich aufwändiger in der Konstruktion. Da ist die Welt des Wechselstroms einfach etabliert. Wir sind daher auch Gründungsmitglieder in der Open Direct Current Alliance (ODCA), in der sich bereits mehr als 70 Unternehmen zusammengeschlossen haben, um Standards für die Geräte zu entwickeln. Der Systemgedanke dabei ist wichtiger als der individuelle Wettbewerb der Innovationen.“
Dr. Helmig und Dr. Wetter sind von DC überzeugt
Fazit
Dr. Helmig gibt sich zuversichtlich: „Mit zunehmenden Show Cases wird es immer einfacher, diese Technologie zum Einsatz zu bringen. Mittlerweile nimmt das Kundeninteresse immer mehr zu. Viele unserer Industriekunden wollen von den Erfahrungen, die wir gerade bei der All Electric Society Factory machen, genauer wissen und besuchen uns auch.“
Die beiden Innovatoren zweifeln nicht am Erfolg ihrer Mission: „Wir glauben daran, dass diese Technologie sinnvoll ist. Die Vorteile liegen auf der Hand. Sie passt hervorragend zu unserer Vision einer All Electric Society, insofern sind auch die zu entwickelnden Produkte lohnende Investitionen in die Zukunft.“
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