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Strom kommt aus der Steckdose!

Strom ist so selbstverständlich für uns geworden, dass wir ihn einfach konsumieren und nicht mehr weiter darüber nachdenken. Doch was passiert im Hintergrund? Ist das, was wir täglich an Strom beziehen, überhaupt effizient? Alle Welt redet von Energiewende. Indem wir mehr und mehr Photovoltaikanlagen auf unseren Dächern installieren, leisten wir zwar unseren Beitrag in Bezug auf ökologische Stromgewinnung, doch damit hört die Zukunft nicht auf. Letztendlich geht es darum, das gesamte System zu optimieren! Nicht nur die Stromproduktion gilt es zu verändern, sondern auch die Effizienz der Energie in seiner Anwendung zu verbessern. Denn Solarstrom ist DC-Strom – unsere Haushalte jedoch AC.

Was ist DC?

DC heisst „direct current“ und bedeutet Gleichstrom. Das heisst, die Stärke und die Richtung des Stroms ändern sich nicht. Gleichstrom (DC) kennen wir aus dem Auto als 12 Volt-Zigarettenanzünder oder den 5 Volt-USB-Stecker für das Mobiltelefon.

DC-Netze, die mit Gleichstrom arbeiten, sind noch eher selten. Sie sind auch unter den Namen DC-Microgrid oder DC-Link bekannt. Es sind in der Regel kleinere dezentrale Netzwerke innerhalb von Quartieren, Arealen, Gewerbebetrieben oder Energiegenossenschaften (ZEV).

Was ist AC?

AC heisst „alternating current“ und bedeutet Wechselstrom. In diesem Fall ändern sich Stärke und Richtung des Stroms in einem regelmässigen Rhythmus. Unser gesamter Haushalt funktioniert mit Wechselstrom (AC): der 230 V-Kühlschrank, die Bohrmaschine oder der Elektroherd mit 400 V-Dreiphasen-Wechselstrom/Drehstrom. Der so überall selbstverständliche Strom aus der Steckdose ist 230 V einphasiger Wechselstrom.

Das öffentliche Stromnetz mit seinen Überlandleitungen, unserem Anschluss ans Wohnhaus oder den Gewerbebetrieb sowie in Quartieren oder Arealen ist Wechselstrom (AC).

Eine Sinnfrage zur Energieeffizienz

Erneuerbare Energiesysteme arbeiten mit Gleichstrom (DC), denn die Energie, die mit Ihrer Photovoltaikanlage produziert wird, ist DC-Strom. Das Gleiche gilt für Windkrafträder, Biogasanlagen, Brennstoffzellen oder andere Stromproduzenten. Diese Energie wird über Wechselrichter in Wechselstrom (AC) umgewandelt und entweder in Haushalten oder Gewerbebetrieben verbraucht oder ins öffentliche Wechselstrom-Netz (AC) eingespeist. Das Thema teuer Stromeinkauf beim EVU oder schlechte Einspeisevergütung des selbstproduzierten Stroms wollen wir hier allerdings nicht besprechen. Es geht um die Umwandlungsverluste durch den mehrfachen Transfer von DC nach AC und umgekehrt. Ebenso um die Probleme kritische Netzanschlussleistungen bei Einspeisen von grosser Mengen Energie ins öffentliche AC-Netz. 

Ihr Computer, Ihr Fernseher, Ihr eFahrzeug, LED-Lampen oder Elektromotoren Ihrer Maschinen funktionieren mit Gleichstrom (DC) – überall in Ihrem Haushalt oder Gewerbebetrieb sind, sichtbar oder unsichtbar, Netzteile mit Stromwandlern eingebaut, die den 230 V-Strom (AC) aus der Steckdose wieder in Gleichstrom (DC) einer niedrigeren Spannung verwandeln müssen, um die Geräte zu betreiben. Wenn der Strom aus Ihrer Photovoltaik-Anlage DC-Strom ist und viele Geräte ebenfalls DC-Strom benötigen, warum dann die ständige Umwandlung von DC-Gleichstom in AC-Wechselstrom und wieder umgekehrt? Denn diese Umwandlungen bedeuten jedes Mal einen Energieverlust und beeinträchtigt somit die Energieeffizienz. Wertvoller Strom wird „sinnlos“ verschwendet. Die Antwort auf dieses Warum ist unter anderem in der Geschichte des Stroms zu finden.

15% mehr Energieeffizienz und Rentabilität durch DC-Netz

Die Energie vom Dach unserer Photovoltaikanlagen wird als Gleichstrom (DC) geliefert. Umwandlungsverluste nach Wechselstrom (AC) sind ein grosses Problem und verringern letztendlich unsere Renditen. Was wäre, wenn die Umwandlungsverluste geringer gehalten werden könnten? Lassen Sie uns das mal durchrechnen:

AC-Netz

DC-Netz

Fazit: Mit einem DC-Netz können die Umwandlungsverluste um die Hälfte verringert werden.

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Handicap AC-gekoppelter Systeme

Eine der grössten Herausforderungen in Bezug auf das zukünftige öffentliche AC-Netz steht uns allen noch bevor. Der Zubau an Photovoltaik bis 2050 ist gigantisch, um zusammen mit allen anderen Erneuerbaren Energien eine ausreichende Versorgungssicherheit zu gewährleisten: 12'000 MWp Photovoltaik müssten noch installiert werden. Diesen Energieüberschuss von Tausenden Megawatt ins öffentliche Stromnetz abzuführen, geht nicht. Das AC-Netz ist dafür nicht ausgelegt. Der notwendige Netzausbau, um diese „Energieflutwellen“ aufzunehmen, kostet ein Vermögen. Die Folge dieser zu geringen AC-Netzanschlussleistungen ist, dass Photovoltaikanlagen oder Energieverbraucher vom Netzanbieter abgeregelt oder zu kleine PV-Anlagen installiert werden. Denn, je grösser die Leistung der Photovoltaikanlage, des Batteriespeichers und der Ladestationen, desto grösser muss der AC-Netzanschluss ausgelegt werden, damit erhöhte Netzanschlussleistungen möglich sind, um gleichzeitige Zugriffe aufnehmen zu können. Zudem erfordern Überlast durch Strombezugsspitzen und Überproduktion durch unregelmässige Erneuerbare Energien ein immer komplexeres Energie- und Lastmanagement beim EVU. Das alles bedeutet, entweder einen gigantischen Energieverlust hinzunehmen oder das PV-Potenzial nicht auszuschöpfen.


Vorteile DC-gekoppelter Systeme

Mit einem DC-gekoppelten System kann das volle Potenzial einer Photovoltaikanlage genutzt werden, weil der produzierte DC-Strom innerhalb des DC-Netzes schon an seine Verbraucher weitergegeben, gespeichert und nur der Überschuss ins öffentliche Netz gespeist wird – und das Ganze mit geringen Umwandlungsverlusten. Insbesondere bei "übergrossen" Solaranlagen, die oftmals aufgrund der geringen Netzanschlussleistung keine Genehmigung für Ihre Anlagen bekommen oder mit enormen Zusatzkosten für den Netzausbau konfrontiert werden, ist eine DC-Lösung mit Direktverkauf des produzierten DC-Stroms an das näherliegende Umfeld eine sinnvolle Alternative. Dabei sind Anschlussbewilligungen beim EVU nicht mehr nötig, da mit dem vorhandenen Netzanschluss gearbeitet werden kann. Das ist eine Win-Win-Situation für beide Seiten: Der PV-Anlagenbesitzer kann sein Potenzial voll ausschöpfen und das EVU muss sein AC-Netz nicht ausbauen und hat weniger Sorgen mit seinem Energiemanagement. Ein weiterer Vorteil eines DC-Microgrids ist, dass kein Energiemanagement notwendig ist, da die Spannung im DC-Link von den Teilnehmern automatisch geregelt wird. 

Energiesparende DC-Netze sind heute schon realisierbar.

In der Abbildung unten sehen Sie im oberen Bereich ein Beispiel für ein DC-Microgrid. Unter dem DC-Link existiert weiterhin das gewohnte AC-Netz mit seinen bisherigen Anschlüssen. Mit dem DCmaxx©-Konzept von innovenergy liefern wir einen Beitrag zur Energiewende – durch energieeffiziente DC-Netzlösungen und unseren ökologischen Salzbatteriespeichern salimax©.