16.09.2020

Wandlungsverluste durch Umstieg auf Gleichstrom vermeiden

Eine Wende ohne Wandel

Der Strom kommt aus der Steckdose. Stimmt. Aber so einfach ist es dann doch wieder nicht. Insbesondere dann, wenn die Quelle für die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien wie Photovoltaik oder Windkraft kommt. Diese produzieren Gleichstrom (DC), der über Wechselrichter erst mal in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden muss. Wenn aber der Endverbraucher ebenfalls wieder ein digitales Gerät wie Laptop, I-Phone, eine LED-Leuchte, der Ladepunkt für Elektrofahrzeuge oder die intelligente Produktionseinheit in einer Fabrik ist, muss doppelt umgewandelt werden, denn diese Endverbraucher funktionieren nur mit Gleichstrom (DC). Dadurch entstehen große Wandlungsverluste.


Lapp verfügt bereits über ein Leitungsportfolio für DC-Anwendungen.
Bild: U.I. Lapp GmbH

"Wir leben immer mehr in einer DC-Welt. Der langfristige Ausstieg aus den fossilen Energiequellen kann nur effizient gestaltet werden, wenn wir konsequent immer mehr auf Gleichstrom umstellen und Wandlungsverluste vermeiden. Kurzum: Wir brauchen eine Wende ohne Wandel", betont Guido Ege, Leiter Produktmanagement und Produktentwicklung bei U.I. Lapp. Der große Vorteil von Gleichstrom: Bei Gleichstrom fallen die Verluste weg, die heute bei der Umwandlung zwischen Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) und umgekehrt entstehen. Ein konsequent auf Gleichstrom ausgelegtes Energienetz käme auf einen Gesamtwirkungsgrad von 90 Prozent - gegenüber heute 56 Prozent. Mehrere große Braunkohlekraftwerke könnte man dann abschalten. Die große Wende ohne Wandel lässt allerdings auf sich warten. In der Industrie gibt es bisher nur Nischenanwendungen. Große Automobilisten beispielsweise haben Testzellen installiert, die diese Effizienzgewinne, die durchaus bis zu 30 Prozent betragen können, nutzen möchten. Handlungsbedarf gibt es noch auf vielen Ebenen. Lapp ist bei Kabeln in der Entwicklung aktiv und verfügt bereits über ein Leitungsportfolio für verschiedenste Anwendungen. Darunter die Ölflex DC 100 mit neuer Farbcodierung der Adern nach der 2018 aktualisierten Norm DIN EN60445 (VDE 0197):2018-02 für Gleichstromleitungen: rot, weiß und grün-gelb. Weitere Leitungen sind die Ölflex DC Servo 700 für stationäre und die Ölflex DC Chain 800 aus TPE für bewegte Anwendungen. Oder die erste DC-Roboterleitung Ölflex DC Robot 900 mit der Aderisolation aus TPE und dem Mantel aus PUR. Damit ist Lapp einer der Vorreiter bei der Entwicklung von Leitungen für Niederspannungs-Gleichstromnetze für industrielle Anwendungen.

Viele offene Fragen

Weitere Baustellen gibt es in der Normung, außerdem müssen noch DC-taugliche Komponenten zur Verfügung gestellt werden, etwa bei Steckern und Schaltern. Hier muss noch weiter geforscht werden, denn bei Gleichstrom erlischt beispielsweise ein Störlichtbogen nicht von allein. Das kann lebensgefährlich werden. Es gibt noch viele offene Fragen. Lapp ist deshalb im Forschungsprojekt DC-Industrie2 geförderter Partner und erforscht die Langzeitstabilität von Isolationsmaterialien für Kabel und Leitungen. Denn Lapp und die TU Ilmenau haben in Versuchen herausgefunden, dass die Isolationsmaterialien im Gleichspannungsfeld ein anderes Alterungsverhalten zeigen als in einem Wechselspannungsfeld. Guido Ege: "Wir sehen in Gleichstrom große ökonomische Chancen. Nicht nur für die Automotive- und Prozessindustrie. Viele Verbraucher sind schon heute Gleichstromverbraucher. Durch die Reduzierung von Umwandlungsverlusten steigern wir die Effizienz. Durch den Wegfall der Umrichter brauchen wir weniger Komponenten und damit weniger Platz. Regenerative und dezentrale Energiequellen können leichter integriert werden. Auch die Rückspeisung von Bewegungsenergie erfolgt über DC. Der E-Motor wird zum Generator", listet Guido Ege die Vorteile auf.

Umfangreiches DC-taugliches Portfolio

Für Photovoltaik- und Windkraftanlagen verfügt Lapp seit Jahren über ein umfangreiches DC-taugliches Portfolio. Mit DC werden aber auch Wandlungsverluste in Wellenkraftwerken vermieden. So ist im Hafen der griechischen Stadt Heraklion ein Wellenkraftwerk der Münchner Firma Sinn Power im Einsatz. Dort wird künftig für die dezentralen Minigrids die Geleichstromleitung Ölflex DC 100 für den 800V-DC-Bus verwendet. Die Leitung soll eine Strecke von etwa 700 Metern zum Einspeisepunkt überbrücken. Die Ölflex DC 100 wird fest in Installationsrohren an der Hafenmauer verlegt und verläuft bis zum Netzwechselrichter für die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz. Obwohl Mittelspannung und Hochspannung (HGÜ) nicht das Geschäftsfeld von Lapp ist, kommt es oft vor, dass das Unternehmen trotzdem für spezielle Infrastrukturprojekte der Partner der Wahl ist. Eine maßgeschneiderte Lösung hat Lapp für den Sortimo Innovationspark Zusmarshausen entwickelt. Hier hat Lapp den kompletten DC-BUS zum Anschluss der Ladestationen, einschließlich Hybrid-DC-Kabel zur Steuerung und Online-Überwachung entwickelt. Der Kabelaufbau ist sehr anspruchsvoll: Das speziell für den Ladepark designte Kabel besteht aus einem Aluminiumleiter mit 30mm2 Querschnitt. Die Aderisolierung ist strahlenvernetzt und besteht aus Polyethylen. Die Schirmung wird über spiralförmig über den Kern aufgetragene Kupferdrähte erreicht. Das Besondere: Der Aufbau wird ergänzt durch zwei Edelstahlrohre bestückt mit jeweils sechs Lichtwellenleitern. Diese dienen zur Temperaturmessung und schlagen Alarm, wenn die Temperatur an den Ladepunkten zu groß wird. Über den BUS wird dann gesteuert, wo alternativ entsprechend freie Ladekapazitäten zur Verfügung stehen. Der Außenmantel ist aus PVC nach IEC60502. "Die DC-Technologie wird die industrielle Produktion und die Energieversorgung von Städten und Stadtteilen entscheidend verändern. Sie stellt damit ein wichtiges Element der Energiewende dar", betont Guido Ege.

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