Gleich richtig mit Gleichstrom

Unscheinbar: Ob es sich um AC- oder DC-Motoren handelt, erkennen nur Experten.

Dieser Standard ist gesetzt, seit sich Thomas Edison und George Westinghouse Ende des 19. Jahrhunderts einen erbitterten Kampf um den Aufbau des US-amerikanischen Stromnetzes lieferten. Westinghouse, der die Wechselspannung bevorzugte, setzte sich schließlich gegen den Gleichstrom-Befürworter Edison durch. Doch zumindest für die Stromversorgung innerhalb moderner Fabriken könnte sich Gleichstrom zukünftig als die bessere Alternative etablieren. Kuhlmann koordiniert das Projekt „DC -Industrie 2“, an dem sich mehr als 30 Industrieunternehmen und fünf Forschungsinstitute beteiligen. Die grundsätzliche Machbarkeit einer industriellen Gleichstrom-Nutzung wurde bereits in einem Vorläuferprojekt nachgewiesen, nun geht es darum, anhand der Planung für eine reale Produktionshallen die Umsetzung wissenschaftlich zu begleiten.

Frei von Schwankungen

Für den Wechsel zum Gleichstrom gibt es gute Gründe. Der erste und vielleicht wichtigste liegt in der Umstellung des gesamten Stromsystems auf klimaneutrale Technologien. Solar- und Windkraftanlagen erzeugen Strom - anders als konventionelle Kraftwerke - nicht kontinuierlich. Entsprechen sich Angebot und Nachfrage nicht hundertprozentig, schwankt die Frequenz und damit die Spannung in den Stromnetzen – meist unmerklich, aber doch so, dass dies empfindliche Produktionsprozesse beeinträchtigen kann. „Mit einem lokalen Gleichstromnetz lässt sich eine Fabrik sehr effizient und einfach von diesen Schwankungen komplett entkoppeln“, sagt Alexander Sauer, der seit Jahresanfang einer von zwei Institutsleitern des Fraunhofer IPA ist. Hinzu kommt, dass immer mehr Unternehmen einen Teil ihres Strombedarfes selbst decken, beispielsweise durch Solaranlagen auf dem Dach. Die Halbleiter in den Solarmodulen erzeugen jedoch stets Gleichstrom. Bislang galt es, diesen Strom durch Wechselrichter wieder in Wechselstrom zu wandeln, um ihn innerhalb der Fabrik nutzbar zu machen. „Man kann so eine Menge Wechselrichter und damit auch Kosten sparen“, so Sauer.

Die einst deutlich höheren Kosten für Komponenten, um Gleichströme zu schalten oder abzusichern, seien durch moderne Leistungselektronik deutlich gesunken. Weiteres Potenzial läge darin, industriespezifische Komponenten zu entwickeln. Bislang nämlich behelfen sich die Wissenschaftler hauptsächlich mit Bauteilen aus der Bahntechnik. Die Schlüsselkomponente für das lokale Gleichstromnetz in der Fabrik ist das „Active Front-end“, mit dem am Anschlusspunkt der Wechselstrom aus dem Netz für die gesamte Fabrik – oder zumindest eine Werkhalle – gleichgerichtet und transformiert wird. Das dahinter liegende Gleichstromnetz arbeitet mit einer Spannung von rund 650 Volt. Industrielle Standards gibt es für die neue Stromwelt noch nicht, aber die innerhalb des Projekts „DC -Industrie 2“ erarbeiteten Grundlagen sollen auch dazu beitragen, wesentliche Anforderungen in der dafür zuständigen Deutsche Kommission Elektrotechnik (DKE) zu definieren.