Gleichstromnetze in der Industrie Die zukunftsweisende Gleichstromtechnologie bei Phoenix Contact ermöglicht eine nachhaltige und regenerative Energieeinspeisung, -speicherung und -verteilung. Entdecken Sie unsere Gleichstromlösungen für sichere DC-Microgrid-Anwendungen.

Mitarbeitende in einer Produktionshalle mit schematischer Darstellung eines Gleichstromnetzes

Innovative DC-Technologie für mehr Nachhaltigkeit im Hier und Jetzt Nachhaltigkeit ist mehr als ein Schlagwort: Sie ist unser Auftrag seit jeher.

Phoenix Contact nimmt Sie mit auf dem Weg in eine Welt mit regenerativ erzeugter Energie, die effizient gespeichert und verteilt wird. Elektrische Energie wird somit zu jeder Zeit an jedem Ort nutzbar. Deshalb setzen wir bei Phoenix Contact auf Konzepte und Lösungen für den sicheren Einsatz der Gleichstromtechnologie in Microgrids.

Nachhaltigkeit beginnt bereits mit dem richtigen Einsatz von DC-Technologie.

Dr. Christian Helmig, Vice President Field Device Connectors und Dr. Martin Wetter, Executive Vice President Innovation - Phoenix Contact GmbH & Co. KG
Vice Presidenten Phoenix Contact: Dr. Martin Wetter und Dr. Christian Helmig
Ingenieurin in einer Produktionshalle für Automobile

Gleichstrom – das industrielle Energiesystem der Zukunft? Von der Erzeugung über die Speicherung bis hin zur Versorgung

In der heutigen Welt werden die meisten Endgeräte bereits mit Gleichstrom (DC, engl. Direct Current) versorgt. Sowohl Ladestationen als auch elektrische Antriebe im industriellen Umfeld werden mit Gleichstrom betrieben, der aus Wechselstrom erzeugt wird. Aus diesem Grund forschten verschiedene Unternehmen im Projekt DC-INDUSTRIE und DC-INDUSTRIE 2 an einem ganzheitlichen, gleichstrombasierten Smart Grid.

Mitarbeitende im Maschinenbau bei Phoenix Contact

Der Gedanke dabei ist, dass der durch erneuerbare Energiequellen erzeugte Gleichstrom die Verbraucher im Netz, z. B. Maschinen, Motoren oder Förderbänder, ohne Wandlungsverluste direkt mit Strom versorgt.

Aufgrund der Vernetzung im DC-Netz ist es möglich die Bremsenergie einer Anlage zudem wieder als elektrischen Strom ins Netz zurückzuführen. Produzierte Überschüsse werden in Energiespeichersystemen gesammelt und, wenn notwendig, wieder eingespeist. Die Einspeiseleistung verringert sich dadurch um bis zu 80 %. Darüber hinaus lassen sich sowohl die Spitzenlast als auch die Belastung des öffentlichen Netzes reduzieren.

Vorteile eines DC-Netzes​

  • Steigerung der Energieeffizienz, dank Energierückgewinnung, wandlungsfreier Nutzung regenerativer Energien und Energiespeichern
  • Ressourcenoptimierung durch bis zu 55 % weniger Kupferverbrauch, reduzierte Gerätekosten und geringeren Platzbedarf
  • Vermeidung von Produktionsstillständen aufgrund von Ausfällen im Versorgungsnetz
  • Basis für intelligente Steuerung von Energieflüssen

Das Gleichstromnetz in der Industrie im Überblick

Interaktive Image-Map: Darstellung eines Gleichstromnetzes in der Industrie mit den Stationen: Solar, Wind, Batteriespeicher, Power-to-X, Produktion und Büro
Solarenergie
Photovoltaikanlagen sind wichtige Erzeuger erneuerbarer Energien. Sie produzieren Gleichstrom und können so in einem DC-Netz effizient eingebunden werden ohne, dass eine Wandlung in AC notwendig ist. Wir beraten Sie gern rund um die Themen Einspeisemanagement, Photovoltaikanwendungen und Überspannungsschutz für PV-Aufdachanlagen.
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Solarenergie
Windenergie
Die Energie aus Windenergieanlagen lässt sich aus dem DC-Zwischenkreis mittels DC/DC-Wandler in ein DC-Grid einspeisen. Eine Kopplung über ein Wechselstromnetz ist nicht mehr notwendig. Finden Sie hier unsere Lösungen rund um Windenergieanlagen, modulare Zustandsüberwachung und Blitzstrommessung.
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Windenergie
Ladeinfrastruktur
Die bidirektionale Anbindung von E-Ladesäulen in ein Gleichstromnetz ermöglicht es, dass Fahrzeugbatterien geladen und zudem auch kurzfristig als Energiespeicher genutzt werden können. Als Hersteller für DC-Ladetechnik liefert Phoenix Contact Komponenten für die Entwicklung und den Aufbau von DC-Ladestationen für E-Autos. Informieren Sie sich jetzt rund um DC-Ladekabel, DC-Ladesteuerungen und DC-Leistungselektronik.
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Ladeinfrastruktur
Power-to-X
Energieüberschüsse aus Solar und Windenergieanlagen lassen sich effizient nutzen durch Elektrolyse zur Produktion von Treibstoffen (Power-to-Fuel), Wasserstoff und Methan (Power-to-Gas), Ammoniak und Methanol (Power-to-Liquid) oder anderen Chemikalien. Diese Stoffe wiederum werden zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt und nehmen so die Rolle eines Energiespeichers ein. Energiespeicher sorgen für Stabilität in Gleichstromnetzen. Auch Elektrolyse basiert auf Gleichstrom, was die Einbindung von Power-to-X Anlagen in ein DC-Netz sinnvoll macht. Informieren Sie sich jetzt über Komponenten zur Überwachung, Automatisierung und Digitalisierung der Elektrolyse.
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Power-to-X
Büro und Beleuchtung
Viele Geräte der Bürokommunikation wie PCs und Bildschirme, aber auch LED-Beleuchtungstechnik benötigen intern Gleichspannung. Um diese Verbraucher an ein Wechselstromnetz anzuschließen, werden Netzteile mit Gleichrichtung und DC-Zwischenkreisen benötigt. Werden diese Verbraucher jedoch in ein DC-Netz integriert, kann ein erheblicher Teil der Eingangsbeschaltung der Netzteile eingespart werden. Das spart Bauteile, Gewicht und Volumen.
Büro und Beleuchtung
Roboter und Förderbänder
Bei Gleichstromnetzen wird an Gleichstrommotoren als Antrieb gedacht. Allerdings lassen sich bisher genutzte Drehstrommotoren ebenfalls effizient in ein Gleichstromnetz integrieren dank des DC-Zwischenkreises in Frequenzumrichtern. Insbesondere bei leistungsstarken Robotern und Förderbändern lassen sich so Lastspitzen reduzieren. Zudem kann Bremsenergie in einem Gleichstromnetz durch Rekuperation effizient zurückgewonnen werden.
Roboter und Förderbänder
Energiespeichersysteme
In DC-Netzen werden Batteriespeicher zur Netzunterstützung eingesetzt. Überschüssige Energie kann gespeichert und bei Bedarf verfügbar gemacht werden. Durch die Einbindung von Energiespeichern werden zudem Lastspitzen, beispielsweise beim Anlauf von Großmaschinen reduziert und das öffentliche Versorgungsnetz entlastet. Wir zeigen Ihnen innovative Lösungen für Energiespeicher.
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Energiespeichersysteme
Anbindung an das Wechselstromnetz
Durch eine bidirektionale Anbindung an das AC-Netz ist sowohl die Einspeisung aus dem Wechselstromnetz in das DC-Netz möglich, als auch die Rückspeisung überschüssiger Energie aus dem Gleichstromnetz in das öffentliche Versorgungsnetz.
Anbindung an das Wechselstromnetz
Grid Management
Ein effizientes Grid Management ermöglicht die intelligente Steuerung von Energieflüssen. Durch die Analyse von Daten können Engpässe identifiziert und vermieden werden. Dies trägt zur optimalen Nutzung der verfügbaren Energie bei.
Grid Management

FAQ: Gleichstromtechnologie

Mitarbeitende neben einer Solaranlage
Blick von oben in eine Produktionshalle für Automobile
Mitarbeiter mit Tablet auf dem Energiedaten angezeigt werden
Trafostation
Ein Mitarbeiter arbeitet an einem Schaltschrank
Mitarbeitende neben einer Solaranlage

Insbesondere der industrielle Sektor sucht nach geeigneten Lösungen zur Umsetzung von Klimazielen. In Zeiten des Klimawandels beschäftigt sich die Welt mit steigenden Energiekosten, knappen Ressourcen und einem zunehmenden Energiebedarf. Ein Lösungsansatz ist dabei die Umstellung von einem Wechselstromnetz auf ein Gleichstromnetz in der Fabrik. Regenerative Energieerzeugung, Energiespeicherung und Energierückgewinnung sind Stichworte der Klimawende, die in einem DC-Microgrid umgesetzt werden. Damit werden Energieverbräuche verringert und Spitzenlasten reduziert (Peak-Shaving). Dies entlastet und stabilisiert das Versorgungsnetz. Die Auslegung eines Gleichstromnetzes in der Industrie ist ein Ansatz für eine nachhaltige industrielle Produktion in der Zukunft.

Blick von oben in eine Produktionshalle für Automobile

In einem gleichstrombasierten Microgrid entsteht elektrischer Strom durch die effiziente Integration von erneuerbaren Energien, die CO₂-neutral produziert werden. Diese Energie wird in einem Gleichstromnetz von elektrischen Verbrauchern direkt genutzt, ohne eine weitere Wandlung von DC auf AC. Hierdurch lassen sich Wandlungsverluste einsparen und dadurch lässt dich der Energieverbrauch senken. Hinzu kommt die Möglichkeit, die komplette Bremsenergie von Hubprozessen zu nutzen. Die sonst in Wärme verlorengegangene Energie wird als elektrische Energie zurück ins DC-Netz eingespeist. Energiespeicher sammeln Überschüsse an DC-Strom für eine spätere Nutzung.
Eine Kombination aus nachhaltiger Energieerzeugung, Energierückgewinnung und Energiespeicherung sorgt für mehr Nachhaltigkeit in der Fabrik.

Mitarbeiter mit Tablet auf dem Energiedaten angezeigt werden

Durch den Einsatz eines Gleichstromnetzes entstehen, neben Einsparungen im Energieverbrauch, auch Potenziale im Bereich Material- und Platzeinsparung. Bezogen auf die Energieeffizienz lassen sich typischerweise Energieverluste um 2 - 4 % senken durch den Verzicht von DC-AC-Wandlungen. Ergänzend dazu führt der Einsatz eines geeigneten Energiespeichers zu einer Reduzierung der Einspeiseleistung von bis zu 80 %. Die komplette Nutzung der Bremsenergie ermöglicht außerdem 15 - 20 % mehr Energieeinsparung, je nach Applikation.

Der Kupfereinsatz in einer Gleichstromapplikation kann sich um bis zu 55 % verringern, bei gleicher Leistung. In Zeiten von knappen Ressourcen ist dies signifikant. Gleichstromgeräte sind in ihrer Bauform außerdem deutlich kleiner als AC-Geräte. Der verringerte Materialverbrauch spart weiteren Platz.

Trafostation

Die Wandlung von Gleichstrom auf Wechselstrom oder Gleichspannung auf Wechselspannung bringt Verluste mit sich, da Energie für eine Wandlung notwendig ist. Damit steigt der Energieverbrauch, worunter die Energieeffizienz leidet. Zudem sind DC-AC-Wandler notwendig, die entsprechenden Platz in der Applikation benötigen, der bei Verzicht auf eine Umwandlung eingespart wird.

Die direkte Nutzung von Gleichstrom zu Verbrauchern löst die bisherigen DC-AC-DC-Umwandlungen ab. Dadurch steigt die Energieeffizienz, da ein reines DC-Netz typischerweise 2 - 4 % Energie einspart im Vergleich zu einem AC-Netz. Weitere Einsparungen sind durch die Nutzung von Bremsenergie und die direkte Speicherung des Gleichstroms möglich.

Ein Mitarbeiter arbeitet an einem Schaltschrank

Bei Gleichstromanwendungen kann ein Lichtbogen zu Schäden an Kontakten und Gehäuseteilen führen und im schlimmsten Fall auch eine Gefahr für die Anwendenden darstellen. Dieser Umstand erfordert einen neuen Ansatz bei der Entwicklung von Steckverbindern. In Forschungsprojekten wurden von Phoenix Contact verschiedene Technologien für DC-Steckverbinder entwickelt. Mit Löschtechniken in Steckverbindern wurden nun innovative Ansätze gefunden, die die Bedienenden vor den Gefahren des Trennlichtbogens schützen.

Logo der ODCA

Wir vertrauen auf Gleichstromnetze Phoenix Contact ist kompetenter Partner für den Einsatz von DC-Grids in der Industrie

Als einer von 39 Partnern aus Industrie und Forschung waren auch wir Teil des Forschungsprojekts DC-INDUSTRIE 2 des ZVEI, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert wurde.
Auch im direkten Nachfolgeprojekt, der ODCA (Open Direct Current Alliance) ist Phoenix Contact natürlich dabei.

Dr. Christian Helmig, Vice President Field Device Connectors und Dr. Martin Wetter, Executive Vice President Innovation von Phoenix Contact GmbH & Co. KG vor einer Gleichstromverteilung

Mit Hinblick auf die notwendige Energiewende in der industriellen Produktion und die damit verbundene maximale Nutzung erneuerbarer Energien hat sich die Arbeitsgemeinschaft die effiziente, sichere und robuste Energieversorgung von Produktionsanlagen mit Gleichstrom zum Ziel gesetzt.

Phoenix Contact engagiert sich dort im Rahmen nationaler und internationaler Arbeitskreise und forscht intensiv an der Nutzung industrieller Gleichstromnetze im Umfeld der Fabrikautomation mit dem Fokus auf zukunftsfähige Elektroinstallation.

Eines der zentralen Themen, mit denen Phoenix Contact sich z. B. auseinandersetzt, ist die Vermeidung von Lichtbögen im Bereich der DC-Steckverbinder.

Mitarbeitende bei der Planung eines Gebäudes mit DC-Netz

Von der Theorie in die Praxis

Phoenix Contact geht aber noch weiter, denn Forschung allein reicht uns nicht. Als Innovationsführer und Experte für Elektroinstallation wollten wir den ersten Schritt machen, selbst dabei sein, Erfahrungen sammeln und Probleme lösen.
Deshalb entstand das neue Gebäude 60 auf unserem Campus, das über ein eigenes DC-Grid verfügt. Natürlich setzen wir dabei auf unsere eigenen Produkte und entwickeln im Rahmen dessen weitere gleichstromfähige Komponenten.

Gleichstrom als Wegbereiter einer CO₂-neutralen Produktion
Gebäude 60 – ein Musterbeispiel für ein DC-Netz
Das neue Gebäude 60 in Blomberg verfügt auch über ein eigenes industrielles Gleichstromnetz und schöpft das Potenzial von regenerativen Energieformen voll aus.
Zur Gleichstromapplikation G60
Phoenix Contact Standort Blomberg, NRW