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Digital-Electricity-Plattform

Verteilung elektrischer Energie neu gedacht

13. Oktober 2021, 10:00 Uhr | Kathrin Veigel

Da die VoltServer-Plattform digital ist, liefert sie über eine zentrale Konsole bislang unerreichte Einblicke in die Energienutzung.

Ob KI, 5G oder IoT-Systeme – ohne Strom läuft bei diesen Technologien für die digitale Transformation nichts. Für diese Anwendungen hat VoltServer seine Digital-Electricity-Technik entwickelt. Sie soll bis zu 2 kW Leistung sicher über große Entfernungen mit handelsüblichen Datenkabeln übertragen.

Digital Electricity ist ein Stromnetzsystem, das dezentrale Geräte von einem zentralen Standort aus über ein standardisiertes Kupferkabel mit Strom versorgt. Es leitet hohe Spannung sicher über ein einfaches Datenkabel und liefert einen niedrigen Strom an die nachgelagerten Stromverbraucher. Dabei handelt es sich um eine originär digitale Form der Energieübertragung, die man als dritte Energieform neben den erstmals vor fast 150 Jahren eingeführten Wechsel- und Gleichstromformaten betrachten kann.

Wie funktioniert das? VoltServer wandelt herkömmliche Elektrizität in kleine Pulse oder Energiepakete um. Ein Sender mit lokaler Embedded-Verarbeitung überträgt jedes Paket an einen Empfänger. Eine digitale Signalverarbeitungs-Engine analysiert jedes Energiepaket und gewährleistet, dass die Energie präzise und sicher verteilt wird. Falls ein Fehler auftritt, wird das nächste Energiepaket nicht gesendet. Jedes Paket enthält nur eine sehr geringe Energiemenge, so dass es für Menschen, Tiere, Anlagen oder Gebäude ungefährlich ist. Zur Versorgung lokaler Verbraucher wandelt der Empfänger die digitale Elektrizität wieder in analogen Wechsel- oder Gleichstrom um.

»Stellen Sie sich einen starken Wasserstrahl vor, der durch eine Rohrleitung fließt. Platzt das Rohr, könnte der hohe Druck jemanden verletzen. Stattdessen zerlegen wir den Strom in Millionen von Tröpfchen«, erklärt Stephen Eaves, VoltServer-Mitbegründer und -CEO. »Die Tröpfchen lassen sich wieder zusammensetzen und ergeben die benötigte Wassermenge, aber für sich gesehen ist jedes Tröpfchen Wasser sicher. Bei Digital Electricity ist es ähnlich: Hier wird jeweils nur eine kleine Menge an Energie in Paketen gespeichert. Jedes einzelne Paket ist sicher, der gesamte Energiebedarf lässt sich aber dennoch decken.«

Digitale Energie ermöglicht Plug&Play-Stromquellen

Aufgrund ihres inhärent sicheren Energieübertragungs-Designs kann die Digital-Electricity-Plattform Strom über Distanzen von bis zu 2.000 Metern mit handelsüblichen standardisierten Datenkabeln aus Kupfer und Niederspannungskabeln der Klasse 2 übertragen. Ähnlich wie Power-over-Ethernet (PoE) kann VoltServer mit einer einzigen hybriden Verkabelungsinfrastruktur nicht nur digitale Daten, sondern auch Strom übertragen; sie lässt sich daher viel einfacher und wirtschaftlicher installieren als herkömmliche Stromnetze mit 110/220 Volt.

Durch die einfache Handhabung lassen sich drahtlose Netzwerke, Bürogrundrisse und landwirtschaftliche Anbauräume schnell und einfach konfigurieren oder rekonfigurieren. Da die Plattform digital ist, liefert sie über eine zentrale Konsole bislang unerreichte Einblicke in die Energienutzung. So erhalten Gebäudebetreiber und Wartungspersonal einen detaillierten Überblick über ihr Stromnetz – sie können kritische Lasten besser verwalten und brauchen keine herkömmlichen Schalttafeln mehr.

Energieeffiziente Umrichter benötigen keine zusätzliche Kühlung

Seit Beginn der Plattform-Entwicklung hat Vicor eng mit VoltServer zusammengearbeitet. In den Empfängern sind zum Beispiel robuste, passiv gekühlte BCM-DC-DC-Bus-Wandler mit festem Wandlungsverhältnis integriert.

Sie wandeln die höhere Übertragungsspannung für die Versorgung der Verbraucher in eine sichere Niederspannung um. Ihr Wirkungsgrad von 97 Prozent ermöglicht eine zuverlässige Kühlung ohne Lüfter in einem kleineren Gehäuse. Aufgrund des hohen Wirkungsgrads lassen sich die Empfänger auch in engen, geschlossenen Räumen unterbringen, die zu klein für die Installation von Lüftern sind. So kann die VoltServer-Plattform mit viel kleineren Kühlkörpern effizienter und mit deutlich geringerem Platzbedarf für den Empfänger arbeiten.

Zur effizienten Umwandlung der Strompakete nutzt VoltServer in den Endpunkt-Empfängern den kompakten BCM6123-Buskonverter von Vicor mit festem Übersetzungsverhältnis. Die BCMs arbeiten mit einer proprietären, rauscharmen und effizienten Sine-Amplitude-Converter-Topologie, die nur wenig elektromagnetische Filterung erfordert. Dies ermöglicht eine weitere Verkleinerung der Baugröße des Stromversorgungssystems und vereinfacht das Design bei gleichzeitiger Einhaltung der EMV-Normen.