Smarte Hochvolt-DC-Steckdosen

In einer Welt, in der quasi alle Verbraucher Gleichstrom (DC) benötigen, bieten Gleichstromnetze immense Vorteile. Moderne Halbleitertechnologien ermöglichen die sichere Nutzbarmachung, die mit den Vorteilen von gesteigerter Effizienz, bei geringeren Kosten einhergehen. Das Fraunhofer IFAM hat ein Konzept für ein sehr kompaktes Stecksystem entwickelt, dass hohe DC-Leistungen übertragen kann und die erforderliche Sicherheit durch den Einsatz von Elektronik und Software sicherstellt.

Das Stromnetz in seiner heutigen Form ist das Resultat einer langen historischen Entwicklung. Faktoren, die damals die Entscheidung zum Betrieb auf Wechselstrom (AC) begünstigten, haben heute geringere oder keine Bedeutung mehr. Auf der anderen Seite haben sich die Anforderungen an das Netz, wie auch die Verbraucher selbst verändert. Gleichstromanwendungen dominieren heutzutage im Haushalt – Geräte mit Wechselstrombedarf gibt es kaum noch.

Gleichstromnetze im Haushalt bringen entscheidende Vorteile gegenüber Wechselstromnetzen

Photovoltaik, elektrische Speicher, E-Autos – all dies sind Gleichstromsysteme hoher Leistung mit hohen Betriebsspannungen und sie sind schon längst im häuslichen Bereich angekommen. DC wartet jedoch mit ganz eigenen Herausforderungen gegenüber bekannten AC-Systemen auf, allem voran die besondere Gefahrenquelle durch Lichtbogenbildung beim Trennen einer Verbindung unter Last. Die bislang üblichen Steckverbinder für Hochvolt-DC-Systeme (HVDC) sind überaus klobig, weil sie diese Gefahr durch konstruktive Maßnahmen zu beherrschen versuchen. Dies schränkt den breiten Einsatz, insbesondere im häuslichen Bereich stark ein. Denn auch abseits der genannten Anwendungen sind heutzutage beinahe alle Geräte DC-Verbraucher, die sich aus Schaltnetzteilen versorgen. Diese Netzteile beinhalten zusätzliche Komponenten, um überhaupt am AC-Netz betrieben werden zu können. Ein DC-Netz im Haushalt verspricht beachtliche Verbesserungen der Effizienz, bei der gleichzeitigen Einsparung von Material, Systemkomplexität und somit auch von Kosten!

Innovative Technologie für intelligente DC-Steckdosen

Das Fraunhofer IFAM hält ein Technologiepatent für ein Stecksystem, das die erforderliche Sicherheit durch den Einsatz von intelligenter Elektronik sicherstellt und deswegen viel kompakter aufgebaut werden kann. Zwischen Endgerät und Steckdose wird hierzu eine Datenverbindung aufgebaut und nur unter korrekter Einhaltung des Protokolls gibt die Steckdose Hochspannung auf die Kontakte. Kommt es zu einer Unterbrechung dieser Kommunikation, bspw. beim Ziehen des Steckers, wird die Spannung umgehend abgeschaltet und die Entstehung eines gefährlichen Lichtbogens unterbunden. Die Kontakte sind im offenen Zustand der Verbindung spannungsfrei und somit berührungssicher - konstruktive Maßnahmen wie eine Versenkung der Kontakte und ein Schutzkragen sind nicht notwendig. 

Die Besonderheit ist, dass die Datenverbindung über dieselben Kontakte wie die elektrische Energie geführt wird – die Kabel werden also nicht aufwendiger und auch die Kupplung kann sehr simpel aufgebaut werden. Es gibt also in dieser Hinsicht keine Kompromisse gegenüber den im häuslichen Umfeld für Kleinverbraucher stark verbreiteten Euro-Steckern.

Sicherere und effizientere Steckdosen mit vielfältigen Möglichkeiten für Smart Home und Internet of Things (IoT)

Die Steckdosen verwenden als Schaltelemente Leistungshalbleiter der neuesten Generation. Diese arbeiten verschließfrei und sehr verlustarm und kombinieren eine kompakte Bauform mit hoher Strom- und Spannungsfestigkeit. Die effektive Leistungsabgabe kann durch die höhere Systemspannung gesteigert werden, ohne größere Leiterquerschnitte zu benötigen. Die konstante Überwachung der Leistungsparameter durch die Elektronik stellt gegenüber einfachen Leitungsschutzschaltern einen erheblichen Sicherheitsgewinn dar.

Insbesondere die in heutigen Haushalten zahlreich anzutreffenden Kleinverbraucher mit Schaltnetzteilen profitieren von einem einfacheren Aufbau und gesteigerter Effizienz. Das senkt Materialeinsatz sowie Kosten und ermöglicht kompaktere, zuverlässigere und preiswerte Geräte. Die komplexen Wechselrichter an PV-Anlagen und stationären Energiespeichern entfallen und besonders Eigentümer von Elektrofahrzeugen profitieren von geringeren Kosten und höheren Leistungen.

Ein weiteres Feature: Zusätzlich kann die Kommunikationsverbindung zum Austausch weiter nutzungsabhängiger Daten verwendet werden. Die Steckdose stellt für das Endgerät einen Datenzugang zum Hausnetz bereit, was vielfältige Nutzungsmöglichkeiten im Bereich der Hausautomatisierung, des SmartHomes und IoT bietet.