Gleichspannungsnetze

Vorteile von Gleichstrom- gegenüber Wechselspannungs-Versorgungen

| Autor / Redakteur: Marek Szpek * / Thomas Kuther

Eine Photovoltaikanlage: Alternativ erzeugte Energie lässt sich auch effizient in alternativen 400-V-DC-Versorgungsnetzen übertragen
Eine Photovoltaikanlage: Alternativ erzeugte Energie lässt sich auch effizient in alternativen 400-V-DC-Versorgungsnetzen übertragen (Bild: Emerson Network Power)

Es muss nicht immer Wechselstrom sein – es gibt durchaus sinnvolle Alternativen. Wir verraten Ihnen, in welchen Anwendungen sich mittels Gleichstromübertragung die Energieeffizenz deutlich steigern lässt.

Die EU-Richtlinie 20/20/20 sieht vor, dass bis zum Jahr 2020 die Energieeffizienz in der Eurozone um 20% steigen und gleichzeitig der Energieverbrauch und der CO2-Ausstoß um jeweils 20% sinken sollen. Eine Möglichkeit, die Energieeffizienz zu steigern, ist der Einsatz von 400-V-Gleichstromversorgungen. Rechenzentren, Telekommunikation, Betriebsgebäude und der Transportsektor können von dieser Alternative zu traditionellen Stromversorgungsarchitekturen profitieren.

Gleichstrom- als Alternative zur Wechselstromübertragung

Mangels Technologien für die sichere und wirtschaftliche Übertragung von Gleichstrom über größere Entfernungen hat sich in der Vergangenheit auf diesem Gebiet Wechselstrom als bevorzugte Lösung durchgesetzt. Die Rahmenbedingungen haben sich inzwischen jedoch geändert: Mittlerweile ist es durchaus möglich, Gleichstrom kostengünstig über große Entfernungen zu übertragen.

Hinzu kommen die zunehmende Verbreitung erneuerbarer Energien sowie die Tatsache, dass die meisten technischen Geräte mit Gleichstrom betrieben werden. Dadurch ist ein Umfeld entstanden, in dem die 400-V-Gleichstromversorgung eine Alternative zur Wechselstromversorgung darstellt.

Standards für die 400-Volt-Gleichstromversorgung

Die für eine weitreichende Einführung einer 400-V-Gleichstromversorgung erforderlichen Architekturstandards werden derzeit entwickelt. Ein Beispiel ist der im Februar 2012 veröffentlichte Standard EN 300 132-3-1 des European Telecommunications Standards Institute (ETSI).

Dieser wird von einer wachsenden Anzahl von Anbietern unterstützt. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sich die 400-V-Gleichstromtechnologie schon bald in verschiedenen Anwendungsbereichen durchsetzen wird. Emerson Network Power sieht ein besonders hohes Potenzial in den folgenden vier Hauptanwendungsbereichen: Rechenzentren, Telekommunikationszentralen, Betriebsgebäude und Transportsektor.

Gleichstromübertragung macht Rechenzentren effizienter

Die Anforderungen an Rechenzentren lassen sich klar definieren: hohe Verfügbarkeit und Effizienz sowie geringe Gesamtkosten. Um diese Anforderungen zu erfüllen, bietet sich die Einführung einer 400-V-Gleichstromversorgung an. Denn nahezu alle IT-Geräte arbeiten intern mit Gleichstrom.

Zur Versorgung aller IT-Geräte muss deshalb die Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt werden. Energiespeichersysteme wie Batterien und Schwungräder sowie erneuerbare Energiequellen liefern sowieso Gleichstrom. In einer Gleichstromversorgungsarchitektur sinkt somit der Bedarf an Stromumwandlung – vom Stromnetz bis hin zum Chip. Konkret bedeutet das: Weniger Umwandlungsbedarf spart Energie.

Außerdem sinkt durch die einfachere Verteilung und die Verringerung von Fehlerquellen die Gefahr von Unterbrechungen der Stromversorgung und die Verfügbarkeit steigt. Darüber hinaus ist bei einer Gleichstromversorgung kein Phasenausgleich notwendig, und auch Oberschwingungen müssen nicht berücksichtigt werden. Dadurch werden Leistungsminderungen der Geräte aufgrund einer mangelhaften Energieaufnahme vermieden. Die Höhe der Energieeinsparungen, die sich durch eine Gleichstromversorgung erzielen lassen, unterscheidet sich allerdings je nach Rechenzentrum.

400-Volt-Gleichstromversorgung für reihenbasierte Lösungen in USV-Nähe

Übrigens sind auch Lösungen, die auf –48-V-Gleichstrom basieren, für eine 400-V-Gleichstromversorgung geeignet. Dies gilt vor allem für reihenbasierte Lösungen, die sich in der Nähe der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) befinden.

Die –48-V-Topologie ist allerdings nicht mit einem herkömmlichen, raumbasierten Wechselstrom-USV-System vergleichbar. Mit der Einführung von 400-V-Gleichstromversorgungssystemen und -komponenten stehen die Vorteile von Gleichstromversorgungen nun erstmals auch für normale Rechenzentren zur Verfügung.

Telekommunikationszentralen sind mit Rechenzentren vergleichbar

„Was für Rechenzentren gilt, kann auf die zentralen Einrichtungen von Telekommunikationsanbietern übertragen werden. Denn diese ähneln zunehmend traditionellen Rechenzentren“, so Rhonda Ascierto, Senior Analyst bei 451 Research. Dem Analysten zufolge verschwimmen angesichts wachsender Leistungsdichten und zusätzlicher IT-Geräte in den Zentralen und Kabelkopfstellen die Unterschiede zwischen den Arbeitsabläufen in Rechenzentren und Telekommunikationseinrichtungen immer mehr.

Gleichstromversorgungen sind zuverlässig und bieten eine gute Signalqualität

Tatsächlich nutzen Telekommunikationsnetzwerke bereits seit geraumer Zeit Gleichstromversorgungen, insbesondere wegen der hohen Zuverlässigkeit und der guten Signalqualität. Da Telekommunikationsgeräte mittlerweile auf siliziumbasierter Gleichstromtechnologie basieren, sind die Gleichstromversorgungen und gleichstromgesteuerten Geräte bereits aufeinander abgestimmt. Doch es besteht noch weiteres Kosteneinsparungs- und Effizienzsteigerungspotenzial.

Zum Beispiel ist 400-V-Gleichstrom besonders für die Übertragung hoher Leistungen über große Entfernungen geeignet, da diese Technologie die Installations- und Betriebskosten senkt und das Kabelmanagement im Vergleich zu –48-V-Gleichstrom verbessert. Diese Vorteile werden durch eine mindestens 80%-ige Reduzierung des Kupferdrahteinsatzes erzielt, was sich sowohl positiv auf die Kosten als auch auf den Zeitaufwand für die Installation auswirkt. Zudem wird durch geringere Leitungsverluste normalerweise auch die durchgängige Energieeffizienz erhöht, das drückt die Betriebskosten zusätzlich.

Solar- und Windstrom im Gleichspannungsnetz

Für viele Gebäudeeigentümer und Betreiber stehen Kosteneinsparungen ganz oben auf der Agenda. Daher kommen heute zunehmend intelligente Lösungen zum Einsatz, die den Energieverbrauch durch Nutzung erneuerbarer Materialien und Energiequellen senken. Strom, der aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wird, bietet außerdem den Vorteil, dass die Abhängigkeit vom allgemeinen Stromnetz abnimmt. Da wie bereits erwähnt erneuerbare Energiequellen Gleichstrom erzeugen, ist das im Hinblick auf eine 400-V-Gleichstromversorgung von Bedeutung.

: Für per Wechselstrom betriebene Anwendungen muss Gleichstrom in einem mehrstufigen Prozess in Wechselstrom umgewandelt werden. Die Konsequenz daraus ist eine Abnahme der Effizienz der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Diese zusätzlichen Umwandlungen lassen sich vermeiden, indem Mikronetze mit 400-V-Gleichstromversorgung in bestimmten Bereichen eines Gebäudes oder Betriebsgeländes eingesetzt werden. Solche Lösungen steigern die Effizienz der Stromversorgung, vereinfachen das elektrische Mikronetz und erhöhen die Zuverlässigkeit bei niedrigeren Betriebskosten.

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