Elektrische Versorgung

Wie können Unternehmen mit Gleichstrom Energie sparen?

Viele Produktionsanlagen nutzen Umrichter, die mit Wirkungsgraden über 95 % arbeiten. Dennoch entstehen durch doppelte Wandlungsstufen unnötige Verluste.

Gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern haben wir ein Versorgungssystem entwickelt, das Gleichspannung direkt zur Energieübertragung nutzt. Das spart Wandlungsstellen ein und ermöglicht, in Prozessen gespeicherte Energie erneut einzusetzen.

Messungen an CNC-Maschinen zeigen ein Einsparpotenzial von über 6 % pro Arbeitszyklus. Bei Roboterzellen bis zu 9%.

Wir arbeiten eng mit der Open Direct Current Alliance (ODCA) und Current/OS zusammen und haben gemeinsam die VDE SPEC 90037 mitentwickelt, eine wegweisende Vornorm für die Gestaltung nachhaltiger und zukunftssicherer DC-Netze.

Sind Niederspannungs-DC-Netze schon ausgereift?

Sie gelten als Schlüsseltechnologie für effiziente, flexible Energiesysteme. Erste Netze laufen bereits, doch Fragen zu Standardisierung, Schutzkonzepten und Gerätekonfiguration sind noch offen.

Unsere Forschung konzentriert sich auf die modellbasierte Auslegung, Überwachung und Regelung von DC-Netzen, mit dem Ziel: Betriebssicherheit, Effizienz und Skalierbarkeit.

Ein Schwerpunkt liegt auf dem Fehlermanagement. Anders als AC-Systeme verfügen DC-Netze noch nicht über etablierte Schutzmechanismen. Mit Simulationen, digitalen Zwillingen und reduzierten Messkonzepten entwickeln wir neue Lösungen zur Fehleridentifikation und Netzsicherheit.

In unserem Labor forschen wir gemeinsam mit Partnern und Unternehmen aus der Industrie an praxisnahen Lösungen in einer realen Laborumgebung. Wir stehen Unternehmen zudem zur Seite, um Geräte zu testen und das allgemeine Verhalten von DC-Netzen zu analysieren.

Unser Ziel: Praxisnahe, normgerechte und skalierbare Lösungen für die sichere Einführung von DC-Netzen – vom Produktionsnetz bis zur Gebäudeintegration.

Wie trägt Elektromobilität zur Netzstabilität bei?

Die Elektrifizierung von Fahrzeugflotten belastet bestehende Netze. Lastspitzen und begrenzte Anschlussleistungen machen eine intelligente Ladeinfrastruktur notwendig.

Während AC-Lösungen heute Standard sind, bieten DC-Systeme klare Vorteile: weniger Wandlungsverluste, bessere Einbindung von Photovoltaik und Speichern, Materialeinsparungen bei Kupfer und Trafos.

Besonders spannend: Bidirektionales Laden. Fahrzeuge können nicht nur laden, sondern auch Energie ins Netz zurückspeisen. So dienen Batterien als flexible Speicher – zur Lastspitzen-Glättung, Eigenverbrauchssteigerung und Netzstabilisierung.

Durch unsere Erfahrung unterstützen wir Unternehmen bei der Planung und dem Betrieb von Ladeparks, von Netz- und Lastanalysen bis zur Auswahl geeigneter Konfiguration und Ladeinfrastruktur.

In Forschungsprojekten entwickeln wir zudem Regelungskonzepte für netzdienliche Ladeparks, z. B.:

• Lastmanagement nach Preisen und lokaler Energieerzeugung
• Berücksichtigung von Fahrzeugnutzung und Ladezustand
• Techno-ökonomischer Vergleich von uni- und bidirektionalen Konzepten

Ziel ist eine interoperable Ladeinfrastruktur, die Mehrwert für Unternehmen und Energiesystem schafft.

Wie verändert Wasserstoff die elektrische Versorgung?

Wasserstoff ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Elektrolyseure und Brennstoffzellen arbeiten intern mit Gleichstrom, werden aber meist an AC-Netze angeschlossen, was zusätzliche Umwandlungsverluste erzeugt.

Die direkte Einbindung in DC-Netze spart diese Verluste ein und steigert so Effizienz und Wirtschaftlichkeit, insbesondere im Dauerbetrieb.

Unsere Arbeiten umfassen:

• Energetische & ökonomische Analysen: Vergleich AC- vs. DC-Verschaltung, Wirkungsgrade, Gesamtkosten
• Planung & Dimensionierung: Auswahl passender Wandler, Schutz- und Filtertechnik
• Regelungskonzepte: Strategien für Lastverschiebung, Netzdienlichkeit, Nutzung überschüssiger Energie

Unser Ziel: Wasserstoffsysteme praxistauglich und wirtschaftlich in DC-Netze integrieren, für mehr Flexibilität und eine CO₂-neutrale Industrie.

Welche Rolle spielen Mittelspannungs-DC-Netze bei der Energiewende?

Niederspannungs-DC-Netze sind auf maximal 1500 V begrenzt, darüber spricht man von Mittelspannung. Der Spannungsbereich von 1,5 bis 10 kV bietet großes Potenzial für energieintensive Anlagen, Ladeparks, den Schiffsbau und die Prozessindustrie. Auch die Kopplung mehrerer Niederspannungsnetze in AC und DC lässt sich damit effizient realisieren.

Noch fehlen jedoch Standards, klar definierte Spannungsebenen und zuverlässige Schutzkonzepte. Gemeinsam mit Forschungspartnern schließen wir diese Lücken durch Modellierung, techno-ökonomische Analysen und simulative Untersuchungen.

Unsere Forschungsfelder im Überblick:

• Definition von Spannungsbändern und Standardisierung: Entwicklung praxisgerechter Ebenen für Planungssicherheit und Gerätekompatibilität
• Regelung und Energiemanagement: Analyse dynamischer Wechselwirkungen beim Zusammenschalten mehrerer DC-Netze
• Schutzkonzepte und Fehlerfallanalysen: Bewertung von Schutzstrategien, gestützt auf Simulation komplexer Fehlerverläufe

Ziel ist eine robuste, skalierbare Mittelspannungs-DC-Infrastruktur als Enabler für Schlüsseltechnologien wie Wasserstoff, Speicher und sektorengekoppelte Energiesysteme, um einen Beitrag zu Standardisierung, Versorgungssicherheit und Effizienz im industriellen Maßstab zu leisten.