Fraunhofer IISB
Gleichspannung ins Haus!
Die 230-V-Wechselspannung zentral in Gleichspannung mit 24 oder 380 V umzusetzen, um damit Geräte, die Gleichstrom benötigen, direkt zu versorgen, würde viel Energie sparen. Forscher des Fraunhofer IISB haben Komponenten entwickelt, die dies technisch ermöglichen.
»Was wir heute dort machen, ist im Grunde verrückt«, sagt Prof. Lothar Frey, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB. »Man hat einen 230-Volt-Netzanschluss und versorgt damit Geräte wie Computer, Drucker, Fernseher, Hifi-Anlage oder Leuchtstofflampen. Fast jedes dieser Geräte hat ein eigenes Netzteil, das aus den 230 Volt Wechselspannung die geräteintern benötigte Gleichspannung erzeugt. Diese Netzteile sind in der Regel möglichst billig und haben einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad, das heißt, sie wandeln einen Teil des Stroms in nutzlose Wärme. Das ist eine gigantische Verschwendung.«
Durch die Versorgung mit Wechselspannung (AC) erzeugt das Netzteil jedes Geräts 40 bis 80 Prozent mehr Verlustleistung als im Fall einer direkten Versorgung mit Gleichspannung (DC). Außerdem werden die Geräte durch die eingebauten Netzteile größer, schwerer und teurer.
Sinnvoller wäre es, die 230 Volt der Anschlussleitung im Haus erst einmal für bestimmte Stromkreise und Verbraucherklassen zentral in Gleichspannung, zum Beispiel für 24 oder 380 V, umzuwandeln. Zudem sind immer mehr Gebäude mit Solarpaneelen ausgestattet, die sowieso Gleichspannung erzeugen. Im Gegensatz zu heute müsste man diese Gleichspannung dann nicht mehr erst in Wechselspannung umwandeln, sondern könnte sie direkt verwenden. Ähnliches gilt für einen möglichen Batteriespeicher im Keller.
Start mit lokalen Gleichstromkreisen
Man kann mit der Gleichspannungsversorgung in Räumen beginnen, in denen nur kleine Leistungen benötigt werden – etwa im Büro oder im Wohnzimmer – und dort in einen lokalen Stromkreis einen Wandler von AC auf DC einbauen. Forscher des Fraunhofer IISB haben Komponenten entwickelt, die dies technisch ermöglichen: etwa einen Wandler in der Größe eines Kartenspiels, der ein gesamtes Wohnzimmer versorgen kann.
DC-Netzmanager für ganze Bürokomplexe
Es wäre aber auch möglich, mit einem DC-Netz-Manager mit einer Leistung von in Summe 120 kW, einen ganzen Bürokomplex oder mehrere Einfamilienhäuser zu versorgen. Der Wandler hat einen Wirkungsgrad von 98,5 Prozent und ist qualitativ weitaus hochwertiger als heute übliche Netzgeräte. »20 kW für eine Hausverteilung bedeuten in konventioneller Technik einen ganzen Schaltschrank«, erklärt Prof. Frey. »Wir brauchen für die gleiche Funktion mit effizienter Leistungselektronik nur noch das Volumen eines Telefonbuchs.« Neben dem Einsatz in Büros und Wohngebäuden ist die neue Technik auch für Industrie und Handel interessant, denn deren Kühlgeräte, drehzahlgeregelte Motoren und Beleuchtung lassen sich ebenfalls besser, preiswerter und effizienter mit Gleichstrom betreiben.
Das Fraunhofer IISB entwickelt zurzeit in dem bayerischen Projekt SEEDs ein ganzheitliches System für sein eigenes Institutsgebäude – auf Basis bereits heute existierender Technologiebausteine. Dabei werden Leistungsspitzen und Energieverluste abgebaut und sekundäre Energieformen wie Kälte, Wärme und Prozessgase mit in die Versorgung eingebunden. Das ganze Institut wird so zu einer Forschungs- und Demonstrationsplattform für effizientes Energiemanagement mit Vorbildcharakter auch für komplexe Anforderungen, wie sie etwa in Industriebetrieben bestehen.
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