Gleichstrom in gewerblichen Gebäuden Sichere und effiziente Microgrids

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Schneider Electric GmbH

Current/OS baut ein Ökosystem von Industriepartnern auf, um Spezifikationen für sichere und effiziente Gleichstrom-Microgrids bereitzustellen.

Current/OS ist eine unabhängige, gemeinnützige Stiftung, die Akteure aus der Elektroindustrie und große Industriehersteller zusammenbringt, um den Einsatz von Gleichstrom (DC) in gewerblichen und industriellen Gebäuden zu fördern und zu standardisieren. Ziel der Organisation ist es, offene Standards zu definieren, um Interoperabilität, Belastbarkeit und Sicherheit von Niederspannungsanlagen zu gewährleisten. Mit einem umfassenden Ansatz, der auf der Definition der Spannung, dem Schutz von Gütern und Personen, der Erdung und der Optimierung der Energieflüsse basiert, erleichtert Current/OS die Standardisierung von AC-DC-kompatiblen Geräten für eine energieeffizientere und nachhaltigere Zukunft.

Herausforderungen und technische Antworten bei der Einführung von Gleichstrom

Gemeinsam mit seinen Partnern entwickelt Current/OS eine Reihe von technischen Dokumenten und Ressourcen, um die Einführung von Gleichstrom zu erleichtern und die technischen Herausforderungen zu bewältigen, die mit Gleichstrom verbunden sind: Standardisierung von Spannungen, um eine optimale Interoperabilität zwischen den Geräten zu gewährleisten; dynamisches Energiemanagement, um Stromerzeugung und -verbrauch in Echtzeit auszugleichen; ultraschneller elektrischer Schutz vor Fehlern und Kurzschlüssen.

„Current/OS baut ein globales Ökosystem von Herstellern und Akteuren des Elektrosektors für interoperable und sichere DC-Lösungen auf, die auf offenen Standards und innovativen technischen Lösungen basieren. Unsere Arbeit fördert die Integration erneuerbarer Energiequellen in Gebäuden, während wir gleichzeitig deren Belastbarkeit optimieren und die Belastung der öffentlichen Stromverteilungsnetze minimieren“, sagt Yannick Neyret, Präsident der Current/OS Foundation.

Optimale Interoperabilität durch Standardisierung

Anders als bei Wechselstrom (AC), wo die Spannung genormt ist, muss sie für Gleichstrom (DC) erst noch definiert werden. Um die Kompatibilität zwischen den Herstellern zu gewährleisten, definiert Current/OS standardisierte Spannungsbereiche, um die Einführung von Gleichstrom in verschiedenen Anwendungen zu erleichtern:

• 350V DC: Eine Alternative zu 230V AC.
• 700V DC (oder ±350V DC): ein guter Ersatz für dreiphasige 400VAC, ideal zum Beispiel für Wärmepumpen und Ladestationen für Elektrofahrzeuge.
• 1‘400V DC (oder ±700V DC): nützlich für Anwendungen mit sehr hoher Leistung, wie zum Beispiel das schnelle Aufladen von Elektrofahrzeugen.

Dynamisches Energiemanagement mit Pufferregelung

Die von Current/OS implementierte Pufferregelung (spannungsbasiertes Leistungsmanagement im System) ermöglicht die Anpassung von Stromerzeugung und -verbrauch in Echtzeit. Dieser einfach zu implementierende Mechanismus soll für ein dynamisches Gleichgewicht sorgen, das die Stromnachfrage im öffentlichen Netz unter Kontrolle hält und gleichzeitig die Nutzung der lokalen Ressourcen optimiert.

• Wenn überschüssige Energie zur Verfügung steht, steigt die Spannung an, was die Stromerzeuger dazu veranlasst, die Stromerzeugung zu reduzieren und die Geräte dazu, den Verbrauch zu erhöhen.
• Nimmt die verfügbare Leistung hingegen ab, sinkt die Spannung proportional; die Erzeuger werden angehalten, ihre Produktion zu erhöhen, und die Geräte müssen ihren Verbrauch drosseln.

Dieser Ansatz ermöglicht es, die Stromnachfrage und -einspeisung in das öffentliche Netz erheblich (um das Zwei- bis Fünffache) zu senken, die Integration erneuerbarer Energien zu erleichtern und den Gebäuden zu einer größeren Energieautarkie zu verhelfen.

Verbesserter Schutz durch Zonenkonzept

Gleichstromanlagen erfordern einen geeigneten Schutzplan. Fehlerströme bei Gleichstrom sind schneller und haben keinen periodischen Nulldurchgang wie bei Wechselstrom. Zum Schutz von Personen und Gütern werden ultraschnelle Schutzeinrichtungen benötigt.

Current/OS führt einen zonalen Schutzansatz ein. Diese Abbildung einer elektrischen Installation zeigt deutlich die verschiedenen Risikostufen auf:

• DC Zone 0: Maximales Risiko (zum Beispiel ungeschützte Batterieklemmen).
• DC-Zone 1: Zone, die durch ähnliche Vorrichtungen wie bei Wechselstrom geschützt ist, zum Beispiel durch Sicherungen und mechanische Schutzschalter.
• DC-Zonen 2 bis 4: Zonen, in denen Fehlerströme (zum Beispiel Kurzschlüsse) zunehmend begrenzt und schneller unterbrochen werden, wodurch das Risiko verringert wird.

Ultraschnelle Schutzschalter

Current/OS fördert den Einsatz von ultraschnellen elektronischen Schutzschaltern, die Fehlerströme „sofort“ (in weniger als 10 Mikrosekunden) unterbrechen. Die DC-Zonen 3 und 4 reduzieren den Kupferverbrauch in Gebäuden um bis zu 66 Prozent, indem sie radiale Architekturen, wie sie im Wechselstrombereich verwendet werden (wo die Quellen mit der Hauptschalttafel verdrahtet werden müssen, um die Lasten zurückzuspeisen), durch „Bus“-Architekturen ersetzen, die effizienter und wirtschaftlicher sind, weil Quellen und Lasten am nächstgelegenen Punkt verbunden werden.

Current/OS empfiehlt außerdem eine galvanische Trennung zwischen Wechsel- und Gleichstromnetzen und einen einzigen Erdungspunkt auf der Gleichstromseite (TN-S-Schema), um den Schutz zu vereinfachen, Gleichstromleckagen auf der Wechselstromseite und umgekehrt zu verhindern und die Korrosion zu mindern.

Auf dem Weg zur Massenanwendung von Gleichstrom

„Durch die Gestaltung eines technischen und normativen Rahmens, der an die Herausforderungen der Energiewende angepasst ist, leistet Current/OS einen aktiven Beitrag zur Umgestaltung der Energielandschaft. Wir rufen alle Akteure auf, gemeinsam mit uns die Zukunft des Gleichstroms zu gestalten“, erklärt Yannick Neyret.

Current/OS bietet auch eine Reihe von technischen Ressourcen an, die helfen, die Herausforderungen der Energiewende besser zu verstehen und zu verstehen, wie Gleichstrom diesen Wandel mitgestaltet.

Weitere Informationen: https://currentos.org/

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