LED Beleuchtung mit Gleichstromnetzen - DCC+G
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LED Beleuchtung mit Gleichstromnetzen
Ulrich Boeke, Dr. Matthias Wendt, Philips Group Innovation – Research
Eindhoven, Niederlande, ulrich.boeke@philips.com
Kurzfassung
Gleichstromnetze in Gebäuden werden dazu beitragen, die Stromerzeugung, Verteilung und
Anwendung effizienter zu realisieren. In Europa müssen neue Gleichstromnetze eine
Verbesserung gegenüber den etablierten 400 V Drehstromnetzen darstellen. Hierfür haben
die Autoren ein 2-Phasen Gleichstromnetz mit ±380 V DC Nennspannung vorgeschlagen.
Kleiner Lasten, wie einzelne LED Lampen und Leuchten sollen dabei zukünftig mit 1-Phasen
380 V Gleichspannung versorgt werden.
Menschen ohne Zugang zu einer öffentlichen Stromversorgung werden verstärkt Solarstrom
gespeiste Inselnetze nutzen. Aufgrund der verwendeten Energiespeicher werden diese
Inselnetze derzeit mit 12 V oder 24 V Gleichspannung betrieben. Hierfür werden bereits
heute effiziente LED Beleuchtungslösungen angeboten.
Abstract
Direct current (DC) electricity grids will contribute to more efficient electricity generation,
distribution and application in buildings. New DC power grid systems in Europe must
compete with state-of-the-art 400 V 3-phase AC grids. For this the authors have proposed a
2-phase ±380 V DC power grid system. Low power loads like LED lamps and luminaires
shall be supplied with 1-phase 380 V DC in future.
People without access to a public grid will use more and more solar powered island grids.
These island grids are 12 V or 24 V DC grids due to the used energy storage components.
Efficient LED lighting solutions are already available and described.
1
1. Einleitung
Die zuverlässige Versorgung mit Elektrizität ist heute eine wichtige Grundvoraussetzung für
einen hohen Lebensstandard. Aufgrund einer historischen Entscheidung vor 120 Jahren wird
heute Elektrizität überwiegend in Form von Wechsel- und Drehstrom angeboten. Aber dort,
wo die eingesetzte elektrischer Leistung kostengünstig und effizient geregelt werden muss,
wird seit langem intern Gleichspannung eingesetzt. Beispiele hierfür sind moderne
Beleuchtungssysteme, IT-Equipment und eine Vielzahl drehzahlgeregelter Antriebe
einschließlich elektrischer Eisenbahnen. Die Folge ist, dass sehr viele Produkte den
Wechsel- oder Drehstrom aus den öffentlichen Stromnetzen erst einmal gleichrichten, bevor
der Strom in den eigentlichen Anwendungen genutzt wird.
Auf der Seite der Stromerzeugung werden klassische Kraftwerke zunehmend durch
regenerative Stromerzeuger ersetzt. Die Stromerzeugung aus drehzahlgeregelten
Generatoren in Wind- und Wasserkraftwerken sowie Photovoltaik liefert zunächst
Gleichstrom, der heutzutage mit Aufwand in Drehstrom umgewandelt wird.
Besonders das Ziel, energieneutrale Gebäude zu realisieren [1, 2], wird Gleichstromerzeuger
(z. B. Photovoltaikanlagen) und Gleichstromverbraucher (Heizung und Kühlung mit
Wärmepumpen, Lüftung, Beleuchtung) immer häufiger direkt zusammen bringen. Eine
Verbindung all dieser Anlagen mit Gleichstromnetzen würde Umwandlungsverluste in Gleich-
und Wechselrichtern reduzieren und die Anlagen wirtschaftlicher machen.
Viele Menschen auf der Erde haben zudem keinen Anschluss an ein öffentliches Stromnetz.
Mit Solarstrom gespeisten Inselnetzen können diese Menschen Lampen, Computer und
Telefone betreiben. Auch diese Inselnetze sind aufgrund der beiden Hauptkomponenten
Photovoltaikmodule und Speicherbatterien Gleichstromnetze.
All diese Details liefern derzeit Gründe für Universitäten, Firmen, Konsortien und
Standardisierungsgremien, sich intensiv mit der Frage zu beschäftigen, wo Gleichstromnetze
eine sinnvolle Alternative zu Wechsel- und Drehstrom darstellen. Dies wird nachfolgend mit
Beispielen für die Lichttechnik dargestellt.
2
2. LED Beleuchtung mit 12 V & 24 V Gleichspannung
Gleichstromnetze mit 12 V und 24 V Nennspannung werden für verschiedene LED
Beleuchtungsanwendungen eingesetzt von denen hier drei beispielhaft dargestellt werden.
2.1 LED Beleuchtung für Solarstrom gespeiste Inselnetze
Für Solarstrom gespeiste Inselnetze wird das „Philips Fortimo LED Linear Light Module Solar
System“ angeboten [3]. Solche Inselnetze können sowohl die oben beschrieben Solar-Home
Systeme sein als auch Solarstrom gespeiste Straßenleuchten. Diese Fortimo LED Module
werden mit drei Leistungen zwischen 18 W und 53 W und Lichtströmen von 1800, 3000 und
4500 Lumen sowie für zwei Lichtfarben 3000 K und 4000 K angeboten. Die hierzu
angebotenen Philips Xitanium LED Treiber mit einem Eingangsspannungsbereich von
10,5 V…32 V ermöglichen den Betrieb sowohl an 12 V als auch an 24 V Gleichstromnetzen.
Ein besonderer Vorteil dieser LED Module ist der hohe Systemwirkungsgrad von bis zu 82
Lumen/Watt.
Lampen kleinerer Leistungen für 12 V DC Speisung werden zum Beispiel von der Firma
Steca angeboten [4]. Mit der Nennleistung reduziert sich allerdings auch der Wirkungsgrad
auf 40 Lumen/Watt für die von Steca angebotenen LED Lampen und 50 - 60 Lumen/Watt für
die angebotenen kompakten Leuchtstofflampen. Ein Highlight im Steca DC Program sind
aber sicher zwei in der Temperatur regelbare Kühl- und Gefriertruhen (-20°C…+12°C) mit
der Energieeffizienzklasse A+++ für 12 V oder 24 V DC Versorgung.
2.2 LED Beleuchtung mit interner 24 V DC Versorgung
Neben der oben beschriebenen LED Beleuchtung zum Anschluss an eine externe DC
Versorgung bietet Philips Lighting auch LED Beleuchtungssysteme mit eigener 24 V DC
Versorgung an. Die Kombination eines LED Leuchtmittels mit einem separaten 24 V DC
Spannungsquelle hat den Vorteil, dass die eigentliche LED Leuchte kompakter werden kann.
Beispiele hierfür sind die Philips Affinium Cooler, Freezer und Display Module für Kühl-,
Gefrier- und Verkaufsschränke sowie die Vaya LED Leuchten von Philips Lighting und
Philips Color Kinetics [5, 6, 7]. Vaya LED Leuchten gibt es in verschiedenen Lichtfarben und
auch als regelbare RGB Lichtquellen. Vaya Leuchten mit weißem Licht werden mit
Nennleistungen von 3,1 W bis 15 W und Effizienzen von 54 - 58 Lumen/Watt angeboten.
Dies illustriert auch die spannende Frage, ob LED Leuchtmittel in bekannten
Glühlampenformen, wie zum Beispiel ober von Steca beschrieben, oder spezielle LED
Leuchten die bessere Wahl sind, wenn der Wirkungsgrad besonders hohe Priorität hat.
32.3 DC FlexZone Systeme
Die Firma Armstrong bietet das „DC FlexZone“ Deckensystem mit integrierter 24 V
Gleichspannungsversorgung an, das typischer Weise in Bürogebäuden eingesetzt wird [8].
Aufgrund der realisierten elektrischen und mechanischen Kontaktierung können Leuchten
und Deckenelemente einfach ausgetauscht werden [9]. Damit können Decken- und
Beleuchtungssysteme in Büro- und Einzelhandelsgebäuden einfacher an wechselnde
Anforderungen angepasst werden. Technischen Details dieser 24 V Gleichspannungs-
versorgung sind von dem Industriekonsortium EMerge Alliance in dem technischen Standard
„THE EMERGE ALLIANCE® SYSTEM“ dokumentiert worden [10]. Eine generelle Übersicht
zu Produkten für DC FlexZone Systeme findet man auf einer Internetseite der EMerge
Alliance [11].
3. LED Beleuchtung mit 380 V DC
Verschiedene Initiativen untersuchen derzeit, wie die Vorteile der internen
Gleichspannungsversorgung in elektrischen Anlagen durch eine generelle
Gleichspannungsversorgung in Gebäuden erweitert werden können [12, 13, 14, 15].
Gleichspannungssysteme für Rechenzentren sind derzeit am weitesten entwickelt [16]. Ein
Ergebnis dieser Entwicklung ist die Nutzung von 1-phasigen Gleichspannungssystemen mit
380 V Nennspannung. Diese Nennspannung liegt geringfügig oberhalb der Amplitude der
maximalen Wechselspannung in Europa von 264 VRMS entsprechend 372 VPeak.
Eine 380 V Gleichspannungsversorgung für die LED Beleuchtung hat drei Vorteile.
Erstens werden Vorschaltgeräte kleiner und können daher einfacher integriert werden, weil
Netzgleichrichter und elektronischen Schaltungen zur Leistungsfaktorkorrektur in Lampen
und Leuchten entfallen. Diese Funktion wird von zentralen Gleichrichtern übernommen.
Zweitens reduzieren sich Verluste und der Spannungsabfall auf Stromleitungen.
Drittens kann lokal erzeugter Gleichstrom aus Photovoltaikanlagen ohne Umwandlung in
Drehstrom und anschließende Gleichrichtung mit höherem Wirkungsgrad selbst verbraucht
werden. Da diese Vorteile auch für andere elektrische Anlagen und Produkte gelten,
untersuchen derzeit 12 Partner in einem Europäischen Forschungsprojekt, wie
Gleichstromnetze zur Stromversorgung in kommerziellen Gebäuden generell vorteilhaft
genutzt werden können [12]. Zwei der drei Vorteile werden im Nachfolgenden detailierter
dargestellt.
43.1 Vergleich 2-Phasen Gleichstrom und 400 V Drehstrom
Für kommerziell genutzte Gebäude schlagen die Autoren die im Bild 2 skizzierte 2-Phasen
Gleichstromversorgung vor [12]. Das Bild 2 zeigt zum Vergleich eine konventionelle 400 V
Drehstromversorgung. Beide Systeme benutzen das gleiche Prinzip des
Drehstromanschluss von Gebäuden an das öffentliche Stromnetz einschließlich des
Drehstromzählers des Netzbetreibers. Danach teilt sich das Drehstromnetz im Bild 1 in zwei
Zweige auf. Die größere Leistung wird für einen zentralen Gleichrichter (AC-DC) zur
Verfügung gestellt, der fest installierte elektrische Anlagen versorgt. Fest installierte Anlagen
sind Beleuchtungsanlagen, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie Kühl- und Gefrierschränke,
die in modernen Supermärkten für einen Großteil des Stromverbrauchs verantwortlich sind
[17]. Parallel dazu wird vorgeschlagen, kleinere, insbesondere tragbare, elektrische Geräte
mittels herkömmlicher Steckdosen weiterhin mit Wechselspannung zu versorgen. Der
zentrale Gleichrichter in Bild 1 speist und regelt ein 2-phasiges Gleichstromnetz, an das
kleinere Lasten einphasig und größere Lasten 2-phasig angeschlossen werden.
Einphasig angeschlossene Lasten wie zum Beispiel LED Leuchten sollen dabei so auf die
beiden Phasen verteilt werden, dass sich insgesamt eine symmetrische Belastung der
beiden Gleichstromphasen ergibt. Beide Bilder 1 und 2 zeigen der Übersicht halber keine
Schutzleiter (Protective Earth, PE). Grundsätzlich wird vorgeschlagen, dass
Gleichstromnetze im Prinzip immer das gleiche Erdungsschema verwenden, wie es auch in
einem Drehstromnetz angewendet wird. Der Standard IEC 60364-1 beschreibt
Erdungsschemata sowohl für Wechsel- und Drehstromnetze als auch für Gleichstromnetze.
Das in Bild 1 skizzierte Gleichstromnetz hat den Vorteil, dass es zur Übertragung einer
symmetrisch übertragenen Gesamtleistung P nur zwei Leiterströme mit jeweils 91 % der drei
Leiterströme des 400 V Drehstromsystems in Bild 2 benötigt.
P P
IDC (1)
2 VDC.Phase 2 380 V
P P
IAC (2)
3 VAC.Phase 3 230 V
5Bei der Übertragung der gleichen Leistung im 2-Phasen Gleichstromnetz entstehen trotz
einem Leiter weniger nur 55 % der Leiterverluste eines 400 V Drehstromsystems gleiche
Leiterwiderstände RLeiter vorausgesetzt.
2
P
2
PLeiterverluste.DC 2 RLeiter IDC 2 RLeiter
(3)
2 VDC.Phase
2
P
PLeiterverluste.AC 3 RLeiter I2AC 3 RLeiter
(4)
3 VAC.Phase
2 2
PLeiterverluste.DC 3 VAC.Phase 3 230V
0.55 (5)
PLeiterverluste.AC 2 VDC.Phase 2 380V
Darüberhinaus entstehen in Gleichstromnetzen prinzipiell keine Verluste durch Blindstrom.
230 V / 400 VAC
L1 DC+
L2 +380 VDC DC
M
L3
N -380 VDC DC- DC
feste Installationen
AC
Versorgung
Bild 1: Vorgeschlagene 2-Phasen Gleichstromversorgung
230 V / 400 VAC
L1 L1
L2 L2
L3 L3
N N
feste Installationen
Bild 2: Konventionelle 3-Phasen Drehstromversorgung mit 230V/400V
63.2 Photovoltaikanlagen in Gleichstromnetzen
Die Gegenüberstellung von Gleichstromnetz und Drehstromnetz in den Bilden 1 und 2
beinhaltet jeweils auch Photovoltaikanlagen, die in Zukunft ganz entscheidend zum
angestrebten Netto-Nullenergiestatus von Gebäuden beitragen wird. Im Bild 1 wird der Strom
aus den Photovoltaikmodulen nur in einem DC/DC Konverter zur Maximum-Power-Point
(MPP) Regelung umgewandelt und direkt in den DC versorgten Lasten verbraucht. Wenn der
AC/DC Konverter bidirektional arbeiten kann, kann überschüssiger Solarstrom auch in das
öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Im Gegensatz hierzu wird der Strom aus den
Photovoltaikmodulen im Bild 2 zunächst in Drehstrom umgewandelt, wodurch mindestens
2% zusätzliche Verluste entstehen. Die Verteilung im Drehstromnetz erzeugt wie oben
dargestellt höhere Verluste (ca. 1 %). Drittens wird in den elektrischen Lasten der Solarstrom
in den berücksichtigten Verbrauchern immer erst mit 2 %…5 % Verlusten intern in
Gleichstrom umgewandelt. Daraus ergibt sich für an Gleichstromnetze angeschlossene
Photovoltaikanlagen ein Wirkungsgradvorteil von zirka 7 % für den lokal verbrauchen
Solarstrom.
3.3 Standardisierung
Die Umstellung der Stromnetze in kommerziellen Gebäuden von Drehstrom auf Gleichstrom
wird nur mit international einheitlich standardisierten Produkten und Systemen gelingen.
Aufgrund der internationalen Aktivitäten zu 380 V Gleichstromnetzen in Rechenzentren hat
die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) die Strategische Arbeitsgruppe 4
(SG4) „LVDC distribution systems up to 1500V DC“ gestartet [18, 19]. Diese internationalen
Aktivitäten werden in Deutschland durch eine Arbeitsgruppe bei der Deutschen Kommission
für Elektrotechnik (DKE) im VDE unterstützt [20]. Viele existierende IEC Standards
dokumentieren bereits heute Niederspannungssysteme bis 1000 VRMS AC und 1500 V DC.
Als Beispiel wird auf die Standard Serien IEC 60364 und IEC 61557 verwiesen [21, 22].
Parallel zu diesen Aktivitäten auf IEC Ebene hat das „European Telecommunications
Standards Institute“ (ETSI) einen technischen Standard für 380 V DC Netze in
Telekommunikationssystemen und Rechenzentren erstellt [23]. Dieser Standard ist derzeit
auch eine Grundlage für einen weitergehenden Standard, der von einer Arbeitsgruppe der
EMerge Alliance entwickelt wird [14].
7Danksagung
Die Autoren bedanken sich bei Dr. Wolfgang Budde sowie Jim Oostveen, Bob Theunissen,
Lennart Yseboodt und Henry van der Zanden in der Philips Forschung ohne deren
Unterstützung die präsentierten Ergebnisse nicht zustande gekommen wären. Ebenfalls
möchten wir uns bei Prof. Dr. Waffenschmidt von der Fachhochschule Köln und bei den
Partnern des DCC+G Projektkonsortiums [12] für die fruchtbare Zusammenarbeit bedanken.
4. Anhang
4.1 Quellen
[1] European Commission: Energy Efficiency – Buildings,
http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm
[2] K. Voss, E. Musall: Nullenergiegebäude,
http://shop.detail.de/de/nullenergiegebaude.html
[3] Philips Lighting: Philips Fortimo LED Linear Light Module Solar System, Design-in guide
for OEM, January 2012, www.ecat.lighting.philips.com/l/oem/led-systems/led-module-
system/fortimo-led-linear-light-module-solar/20246/cat/#t=Overview
[4] Steca: PV autarke Systeme, www.steca.com/index.php?PV_autarke_Systeme
[5] Philips Lighting: LED Lamps and Systems: www.ecat.lighting.philips.com/l/lamps/led-
lamps-and-systems/20954/cat/#
[6] Philips Lighting: http://www.ecat.lighting.philips.com/l/vaya-
shelf/63324/cat/#q=Vaya&filterState=FG_LP_TYPE|Luminaires%3Dchecked
[7] Philips Color Kinetics: Vaya LED luminaires, www.colorkinetics.com/vaya/
[8] Armstrong: DC FlexZone Grid, www.armstrong.com/commceilingsna/article55189.html
[9] Youtube: Emerge Alliance Video:
www.youtube.com/watch?v=bWaxRF5LySw&list=PL2734DBD02F577005&index=9&fea
ture=plpp_video
[10] Emerge Alliance: Request Standard,
www.emergealliance.org/Standard/RequestStandard.aspx
[11] Emerge Alliance: Registered Products
www.emergealliance.org/Products/RegisteredProducts.aspx
[12] Europäisches Forschungsprojekt: Direct Current Components +Grid, www.dcc-g.eu
[13] R. Weiss et al: Energieeffiziente Gleichstromverteilung in kommerziell genutzten
Gebäuden mit intelligenter Kopplung zum Ortsnetz, mit Ortsnetz stabilisierender
Wirkung, Tagungsband des VDE Kongresses 2012, 5./6. November 2012
8[14] Emerge Alliance: EMerge Alliance advances DC power distribution platform to focus on
energy efficient data centers, PDF Dokument, 2010
[15] Nupharo Park, http://www.nupharo.com/
[16] ABB: Leistungsstärkstes Gleichstrom-Rechenzentrum der Welt in Betrieb genommen,
http://www.abb.de/cawp/seitp202/628a4e21dc21880bc1257a0e002c0d4a.aspx
[17] REWE: Erster Supermarkt mit DGNB-Prädikat in Gold spart fast 50 % Energie,
http://www.rewe-group.com/nachhaltigkeit/energie-klima-umwelt/energieeffizienz/green-
building/
[18] International Electrotechnical Commission: Standardization Management Board
Strategic Group 4 “LVDC distribution systems up to 1500V DC” (IEC SMB SG4)
http://www.iec.ch/about/annual_report/2010/technical/smb7.htm
[19] W. De Kesel: Introduction to the IEC SMB SG4 workshop on LVDC, 2011,
http://www.vde.com/en/dke/dkework/newsfromthecommittees/2011/documents/1.pdf
[20] DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektrotechnik Informationstechnik im DIN
und VDE: Arbeitsgruppe TBINK.LVDC "Niederspannungsgleichstromverteilnetze",
Ansprechpartner bei der DKE ist Herr Dirk Barthel, dirk.barthel@vde.com
[21] IEC: Low-voltage electrical installations, IEC Standard 60364, Parts 1-7
[22] IEC: Electrical safety in low voltage distribution systems up to 1 000 V a.c. and 1 500 V
d.c. - Equipment for testing, measuring or monitoring of protective measures, IEC
Standard IEC 61557, Parts 1-12
[23] ETSI: Environmental Engineering (EE); Power supply interface at the input to
telecommunications and datacom (ICT) equipment; Part 3: Operated by rectified current
source, alternating current source or direct current source up to 400 V; Sub-part 1:
Direct current source up to 400 V, European Standard EN 300 132-3-1 V2.1.1 (2012-02)
9LED Beleuchtung
mit Gleichstromnetzen
Ulrich Boeke
8. November 2012
1Einleitung
g
Vorteile von G
Gleichstromnetzen
Effiziente Regelung eletrischer Leistung
Kein Blindstrom
Stromkabel
Solarstromnutzung
Anwendungsbeispiele
Drehzahlgeregelte Antriebe in z.B. Zügen, Schiffe Erste Straßenbahn 1881
Lüftungs- und Klimaanlagen mit 180 V DC Betriebsspannung
Photo: Wikipedia
Rechenzentren
Solarstromanlagen
Europäische Kommission
2021 sollen alle neuen Gebäude annähernd energie-neutral werden
'nearly zero-energy buildings'
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 2Netzunabhängige
g g LED Beleuchtung
g
Philips
p Fortimo Solar LED LLM System
y für Außenbeleuchtungen
g
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 3Netzunabhängige
g g LED Beleuchtung
g
Philips
p Fortimo Solar LED LLM System
y
Fortimo Linear Light Module (LLM)
• 3000 K und 4000 K
• 1800, 3000, 4500 Lumen
• 76…86 Lumen/Watt
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 4Netzunabhängige
g g LED Beleuchtung
g
Philips
p Fortimo Solar LED LLM System
y
Fortimo LED Treiber
• 12 V… 24 V Batterie Nennspannung
• 92 % Wirkungsgrad
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 5Netzunabhängige
g g LED Beleuchtung
g
Philips
p Fortimo Solar LED LLM System
y
Fortimo LED LLM System
• 40 V…100 V LED Stringspannung
• 200 …700 mA LED Strom
• Dimmbar: 10 %...100 %
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 6Netzunabhängige
g g LED Beleuchtung
g
Philips
p Fortimo Solar LED LLM System
y
Leuchte
Philips Außenbeleuchtung in Pinzberg mit Solarstromversorgung
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 7Niederspannungsnetze
p g
Gewerbekälte Klimanlagen Beleuchtung
DC
DC
DC
AC
AC
AC
AC Netz
Solarstrom
230 / 400 VAC L1
L2
L3
N
PE
L1
N
PE
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 8380 V DC Gleichstromnetze
Gewerbekälte Klimaanlagen Beleuchtung
AC Netz Solarstrom
L1 DC+
L2 +380 VDC M
DC
L3
N -380 VDC DC- DC
PE PE
N
L1
PE
AC Lasten
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 9380 V DC Gleichstromnetze
Kommerziell g
genutzte G
Gebäude Gewerbekälte Klimaanlagen Beleuchtung
Fest installierte Anwendungen AC Netz Solarstrom
2-Phasen DC Gleichstromnetz
L1 DC+
L2 +380 VDC M
DC
L3
N -380 VDC DC- DC
1 phasige Versorgung für geringe
1-phasige PE PE
Lasten bis ~2 kW N
L1
AC Lasten
PE
2- phasige Versorgung für mittlere
Lasten und Quellen
V(t) / (V
(Volt)
lt)
380 V DC Phasenspannung
+380 VDC
Nahe der Amplitude der maximalen
Europäischen Netzspannung VAC(t) = 220 V...240 V
Erdungsschema ±10%
Vorschlag: Gleiche Erdungssysteme
in AC & DC Netzen eines Gebäudes, -380 VDC
typisch TN-S
TN S System
Standard: IEC 60364-1 T (ms)
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 10380 V DC Gleichstromnetze
Ströme und Verluste in symmetrisch
y belasteten Mehrphasennetzen
p
P P
IDC
2 VDC.Phase 2 380 V
P P
IAC
3 VAC.Phase 3 230 V
2
2 P
PLeiterverluste.DC 2 RLeiter IDC 2 RLeiter
2 VDC.Phase
2
P
PLeiterverluste.AC 3 RLeiter I2AC 3 RLeiter
3 VAC.Phase
2 2
PLeiterverluste.DC 3 VAC.Phase 3 230 V
0.55
PLeiterverluste.AC 2 VDC.Phase 2 380 V
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 11380 V DC Gleichstromnetze
Ströme und Verluste in symmetrisch
S y belasteten Mehrphasennetzen
p
1. Beispiel: 6900 W im 3-Phasen 230 V AC Netz
135 m Kabel,
K b l 5x
5 22.5
5 mm2 Leiter,
L it 1 Ω Leiterwiderstand,
L it id t d
3x 10 A, 300 W Kabelverluste
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 12380 V DC Gleichstromnetze
Ströme und Verluste in symmetrisch
S y belasteten Mehrphasennetzen
p
1. Beispiel: 6900 W im 3-Phasen 230 V AC Netz
135 m Kabel,
K b l 5x
5 22.5
5 mm2 Leiter,
L it 1 Ω Leiterwiderstand,
L it id t d
3x 10 A, 300 W Kabelverluste
2. Beispiel: 6900 W im 2-Phasen 380 V DC Netz
135 m Kabel, 4x 1.5 mm2 Leiter, 1.63 Ohm Leiterwiderstand
2x 9.1 A, 269 W Kabelverluste
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 13380 V DC Gleichstromnetze
Ströme und Verluste in symmetrisch
S y belasteten Mehrphasennetzen
p
1. Beispiel: 6900 W im 3-Phasen 230 V AC Netz
135 m Kabel,
K b l 5x
5 22.5
5 mm2 Leiter,
L it 1 Ω Leiterwiderstand,
L it id t d
3x 10 A, 300 W Kabelverluste
2. Beispiel: 6900 W im 2-Phasen 380 V DC Netz
135 m Kabel, 4x 1.5 mm2 Leiter, 1.63 Ohm Leiterwiderstand
2x 9.1 A, 269 W Kabelverluste
52 % weniger Kupfer im DC Kabel
L2
M
L1 L3
AC Kabel + - DC Kabel
PE
N PE
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 14Strompreisentwicklung
p g
€ct/kWh
30 Solarstromanlagen
P = 40…1000 kW P < 10 kW
25
20
Kleine Gewerbestromverbraucher
bis 10 000 kWh/Jahr
15
10
5
Große Gewerbestromverbraucher Heute
2…20 Mio. kWh/Jahr
0
2000 2005 2010 2015
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 15Solarstromnutzung
g mit AC Netz
Gewerbekälte Klimanlagen Beleuchtung
DC
DC
DC
AC
AC
AC
AC Netz
Solarstrom
230 / 400 VAC L1
L2
L3
N
PE
L1
N
PE
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 16Solarstromnutzung
g mit AC Netz
Gewerbekälte Klimanlagen Beleuchtung
9 % Verluste in
• Gleichrichter
• Kabel
• Wechselrichter
DC
DC
DC
AC
AC
AC
AC Netz
Solarstrom
230 / 400 VAC L1
L2
L3
N
PE
L1
N
PE
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 17Solarstromnutzung
g mit DC Netz
Gewerbekälte Klimaanlagen Beleuchtung
AC Netz Solarstrom
L1 DC+
L2 +380 VDC M
DC
L3
N -380 VDC DC- DC
PE PE
N
L1
PE
AC Lasten
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 18Solarstromnutzung
g mit DC Netz
2 % Verluste in
• Kabel
Gewerbekälte Klimaanlagen Beleuchtung • Solarumrichter
AC Netz Solarstrom
L1 DC+
L2 +380 VDC M
DC
L3
N -380 VDC DC- DC
PE PE
N
L1
PE
AC Lasten
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 19Solarstromnutzung
g mit DC Netz
Europäisches Projekt
Direct Current Components + Grid
www.dcc-g.eu
Gewerbekälte Klimaanlagen Beleuchtung
AC Netz Solarstrom
L1 DC+
L2 +380 VDC M
DC
L3
N -380 VDC DC- DC
PE PE
N
L1
PE
AC Lasten
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 20Zusammenfassung
g
LED Beleuchtung
g mit G
Gleichstromnetzen
24 V DC netzunabhängige Systeme
380 V DC Gleichstromverteilnetze
Kombination von DC Quellen und Lasten
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 21End slide
12 11 2012
12.11.2012
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 22Standardization Work on 380 V DC Power Grids
International Electrotechnical C
Commission ((IEC)
C)
Many standards covering low voltage DC grid systems already
SMB SG4 working group “LVDC distribution systems up to 1500V DC”
• Managing new standardisation projects at IEC technical committees (TC)
National standardization working groups
• Germany: TBINK-LVDC working group at DKE/VDE
European Telecommunication Standardisation Institute (ETSI)
European Standard: EN 300 132-3-1 V2.1.1 (2012-02)
• Value: Definition of DC appliance inrush current limits and measurement setup
EMerge Alliance
Standardisation working group on 380 V DC power grids for datacenters
St d di ti working
Standardisation ki group on 380 V DC ffor campus and d microgrids
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Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 23Quellen
Philips
p OOff-grid
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Europäisches Forschungsprojekt DCC+G
www dcc-g
www.dcc g.eu
eu
Philips Research U. Boeke, Philips Research Europe, Group Solid State Lighting, 8. November 2012 24Sie können auch lesen
