Gleichstromnetze in der Industrie

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 sich 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 und eine höhere Energieeffizienz in der Fabrik.

Durch den Einsatz eines Gleichstromnetzes entstehen, neben Einsparungen im Energieverbrauch, auch Potenziale im Bereich Material- und Platzeinsparung.

Energieverluste lassen sich durch den Verzicht von DC-AC-Wandlungen um ca. 6 bis 8 % senken. Ergänzend dazu führt der Einsatz eines geeigneten Energiespeichers zu einer Reduzierung der Einspeiseleistung aus dem öffentlichen Netz von bis zu 80 %. Die komplette Nutzung der Bremsenergie ermöglicht zudem 15 bis 20 % mehr Energieeinsparungen, je nach Applikation. Durch diese Faktoren steigt die Energieeffizienz in DC-Netzen signifikant gegenüber Wechselstromnetzen.

Auch die Potenziale im Bereich Material- und Platzeinsparung sind beachtlich. In Gleichstromnetzen sind Einsparungen von bis zu 40 % Kupfer und Isoliermaterial möglich, 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.

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 6 bis 8 % Energie einspart im Vergleich zu einem AC-Netz. Weitere Einsparungen sind durch die Nutzung von Bremsenergie und die direkte Speicherung des Gleichstroms möglich.

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.