Konkret erforscht werden von den LAPP Expert:innen die Langzeitstabilität von Isolationsmaterialien für Kabel und Leitungen und die Isolationsfestigkeit der eingesetzten Aderisolationen, denn Leitungen für Gleichstromanwendungen altern anders als Kabel, die auf Wechselstrom ausgelegt sind. Darüber hinaus beschäftigt sich der Weltmarktführer für integrierte Lösungen im Bereich der Kabel- und Verbindungstechnologie gemeinsam mit Partnern in Projekten und der Open Direct Current Alliance (ODCA) mit Netzstrukturen, Erdung und Regelung der Netze hinsichtlich der Stabilität und Speicherauslegung und dem Fehlerüberwachungsmanagement. Allesamt Themen, die gerade bei Überlegungen zu DC relevant werden.
Der Gedanke industrielle Produktionsanlagen auf Gleichstrom umzustellen, kommt nicht von ungefähr. Industrie und Forschung arbeiten seit einiger Zeit gemeinsam daran, die Energiewende in der industriellen Produktion umzusetzen. Das funktioniert jedoch nur dann, wenn Unternehmen wie LAPP Wissen über Gleichstromnetze verbreiten. Aus diesem Grund ist LAPP Gründungsmitglied des im Jahr 2022 formierten Bündnisses ODCA (Open Direct Current Alliance), dem Nachfolgeprojekt von DC-INDUSTRIE und DC-INDUSTRIE2, und bietet darüber hinaus das weltweit erste Gleichstromportfolio im Bereich der Verbindungslösungen an. Schon weitaus früher hat der Technologiebeirat, der LAPP in technologischen Zukunftsfragen berät, DC als Trendthema identifiziert. So konnten bei LAPP die globale Forschung und Entwicklung sowie die Steuerung von Labor- und Testzentrumsaktivitäten neu aufgestellt und flexibel und agil auf das Thema ausgerichtet werden.
„Wir leben immer mehr in einer DC-Welt“, fasst Guido Ege, Leiter Produktmanagement und Produktentwicklung bei LAPP, zusammen. „Der langfristige Ausstieg aus den fossilen Energiequellen kann nur effizient gestaltet werden, wenn wir konsequent immer mehr auf Gleichstrom umstellen und Wandlungsverluste vermeiden.“
Mit Gleichstrom Geld und Ressourcen einsparen
Denn: Durch den Wegfall einzelner Wandlungsstufen oder von kompletten Umrichtern können Umwandlungsverluste reduziert werden oder entfallen sogar vollständig. Auf diese Weise kann eine erhebliche Menge Energie eingespart werden. Auch die Übertragungsverluste bei Kabeln und Leitungen sind geringer als beim Wechselstrom. Hier können mehr als 10 % Energie eingespart werden. Auf etwas mehr als 3 bis 4 % Einsparung kommen Berechnungen bei der Rückgewinnung und Verwendung von Energie bei Motoren und Antrieben (Rekuperation), denn die Bremsenergie kann bei Nutzung von DC einfacher genutzt und rückgespeist werden. Gleichzeitig fallen die Energieverluste geringer aus. Das liegt an der höheren DC-Netzspannung, die zu kleineren Leiterströmen und dem Entfall von Blindleistung führt. Darüber hinaus erzeugen beispielsweise Photovoltaik-Anlagen Gleichstrom, der nicht mehr in Wechselstrom umgewandelt werden muss.
Einsparpotenziale finden sich auch beim Blick auf die benötigten Ressourcen. So fallen einerseits Elektronikbauteile wie Umrichter, Wandlungsstufen und Filteranlagen weg. Andererseits werden für Gleichstrom auch deutlich weniger Kupfer- und Leitermaterialen benötigt. Das liegt an der geringeren Aderzahl der Leitungen (3 anstatt von 4 oder 5 Adern) und an den kleineren Leiterquerschnitten, die benötigt werden. Das ist möglich durch einen kleineren Strom, der bei höherer DC-Spannung fließt, um dieselbe Leistung zu transportieren wie Wechselstrom. Rund 25 Prozent Kupfer können hier eingespart werden. Sichtbar wird das beispielsweise anhand der ÖLFLEX® DC 100 von LAPP, die zum Beispiel im Anlagen- und Maschinenbau zum Einsatz kommt und für den energiesparenden Einsatz in DC-Netzen industrieller Anlagen ausgelegt ist.
Sparpotenzial Gewerbespeicher
Der Einkauf von Strom wird derzeit immer teurer und so ist es für Fabriken vor allem interessant, an welchen Stellen Energiekosten eingespart werden können. Auch hier bietet die Umstellung auf Gleichstrom großes Potenzial, denn die Technik verringert Ausfallkosten, indem sie einen besseren Schutz vor Stromunterbrechungen bietet und so möglichen Ausfällen in Produktion und Datenverarbeitung vorbeugt. In modernen DC-Netzen kann eine Störungsfrüherkennung durch Digitalisierung und konsequentes Monitoring realisiert werden. Verfügen die Fabrikhallen darüber hinaus auch noch über eine eigene Photovoltaikanlage, beispielsweise auf dem Flachdach, kann je nach Auslegung ein Teil oder der komplette betriebseigene Bedarf unkompliziert aus eigener Hand gedeckt werden.
Um die Netzentgeltkosten noch weiter zu senken, lohnt sich der Blick auf sogenannte Gewerbespeicher, also Energiespeichersysteme, die in kommerziellen und industriellen Umgebungen eingesetzt werden. Sie ermöglichen es Unternehmen und Gewerbetreibenden, überschüssige Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzurufen. Dabei können sie auf unterschiedliche Weise realisiert werden, einschließlich Batteriespeicher, thermischer Speicherung, Druckluftspeicherung und anderen Technologien. So helfen sie, den Energiebedarf während Spitzenzeiten zu decken, die Energieversorgung zu stabilisieren – und Kosten zu senken. Fallen Umrichter und Schalter zum Zuschalten der Batteriespeicher weg, kann in DC-Netzen die Energie schneller und effizienter bezogen werden. Die Energie kann somit ohne Wandlungsverluste effizient für einen späteren Zeitpunkt gespeichert oder bezogen werden.
Grundsätzlich gilt, wer heute eine neue Fabrik errichtet, sollte Gleichstrom in Erwägung ziehen, insbesondere bei Produktionsanlangen mit hohem Strombedarf (z.B. Lichtbogen- oder Schweißanwendungen) oder Fabriken, die Strom über erneuerbare Energien selbst vor Ort erzeugen. Ebenso wichtig wird DC bei Anlagen, die Geräte und Maschinen über eine Vielzahl von Servoantrieben präzise regeln, positionieren, beschleunigen und abbremsen, bei Anlagen mit Robotikanwendungen, in denen dynamische Bewegungen ausgeführt werden sowie bei großen Bürogebäuden.