Ich habe eine theoretische Frage bzw. ein Gedankenexperiment:
Die Umwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom oder vom Wechselstrom zu Gleichstrom verursacht immer einen gewissen Verlust.
Viele Haushaltsgeräte bekommen aus der Steckdose Wechselstrom, wandeln diesen aber dann mit einem Trafo / Netzteil in Gleichstrom um, weil im Gerät Gleichstrom gebraucht wird. (z.B. Ladegerät für Smartphone oder Notebook.) Ich glaube, dass viele weitere Geräte im Innerem mit Gleichstrom arbeiten und deshalb den Wechselstrom umwandeln.
Somit wir der Gleichstrom von dem Hausakku oder von den Solarmodulen zwei Mal Umgewandelt: 1. mit einem Wechselrichter vom Gleichstrom zu Wechselstrom und dann 2. wird der Wechselstrom je nach Gerät vom Netzteil / Trafo in Gleichstrom umgewandelt.
Diese zwei „Umwandelungen“ verursachen Verluste und reduzieren die Effizienz.
Wäre es nicht effizienter, wenn ein Haushalt ein zweites Stromnetz mit Gleichstrom hätte?
Welche Haushaltsgeräte könnten mit Gleichstrom effizienter betrieben werden?
Die Gleichstromgeräte müsste dann nur die Stromspannung umwandeln. Wäre diese Gleichstrom-Spannungs-Umwandlung nicht deutlich effizienter, wie die Umwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom zu Gleichstrom?
Welche Gleichstromspannung wäre für dieses zweite Stromnetz „gut“ ? 12 Volt oder 24 Volt oder …
Danke und viele Grüße
Gleichspannung löscht sich im Fehlerfall nicht selbst. Der Lichtbogen bei einem Kurzschluss bleibt bestehen so lange Spannung anliegt, sofern keine geeignete Abschalteinrichtung vorhanden ist. Bei Wechselspannung gibt es Nulldurchgänge die das Fortdauern eines Lichtbogens behindern. Welchen Querschnitt möchtest Du verlegen?
Toaster 1000W 230V zu 4,4A, 24V ca. 42A. Völlig unrentabel und obendrein doppelter Aufwand bei ungefähr allem; Vorratshaltung für Leuchtmittel, eigene Installationswege...
Kurz: Lass es. Schaltnetzteile und Trafo haben keine so schlechten Wirkungsgrade und obendrein meist auch keine unglaublich hohen Leistungen zu liefern. Was macht das aus, wenn Gleichstrom, fiktiv, 100% für 5W hat und Wechselstrom nur 70%.
So ähnliche Gedanken habe ich mir auch schon gemacht, vorallem da ich mich in den nächsten 1-2 Jahren an die Sanierung eines alten Hauses machen werde und auch überlege da gleich DC zu verlegen.
Meine Gedanken dazu:
Also übliche Haushaltsgeräte auf DC umzubauen oder spezielle DC-Versionen zu suchen/kaufen, da werden diese DC-Versionen vermutlich recht teuer sein.
Mögliche Ausnahmen: manche Geräte (nicht alle) die es auch mit 12V/24V für LKW(Fernfahrer) oder den Campingbereich gibt sind nicht übermäßig teuer (aber da muss man suchen, gibt auch welche die dann alles andere als günstig sind).
Aber vieles wird ja eh schon mit Gleichspannung betrieben.
Alles mögliche an Akkus wird mit USB-Netzteilen geladen, vieles wird inzwischen auch direkt von USB-Netzteilen betrieben.
Bei LED-Beleuchtung gibt die auch mit 12V oder 24V die man direkt betreiben könnte.
Netzwerkkomponenten werden auch oft mit 12V (oder auch 19V) betrieben. Netzwerkswitches, Accesspoints, Router, IP-TV Geräte usw. könnte man vermutlich alles direkt auf DC anbinden.
Laptops haben auch ganze oft 19V oder 20V Netzteile.
Welche DC Spannungen man so brauchen könnte:
5V (klassisches USB)
9V (manche Kleingeräte?)
12V
19V/20V (z.B. Laptops)
24V (LEDs? alles für den Zigarettenanzünder das mehr Power braucht? Aus dem LKW/Fernfahrer Bereich?)
36V (wüsste ich jetzt wenig ...)
48V/51.2V (wüsste ich jetzt wenig Geräte, aber das wäre bei vielen Vermutlich die Batteriespannung die man nicht mehr Umwandeln müsste).
D.h. es gibt unterschiedlichste Spannungen die ich brauchen würde, eine DC-Spannung die ich Verteile und dann direkt so überall einsetzten kann gibt es für mich nicht.
Was würde ich im Haus verlegen wollen?
Grundsätzlich: soweit ich weiß ist Stepdown effizienter als Stepup. D.h. vom Akku runter auf z.B. 12V, das im Haus verteilen und dann z.B. einzelne Verbraucher lokal dann wieder auf z.B. 24V hoch zu bringen ist eine schlechte Idee.
Weiters ist die Verteilung mit höherer Spannung generell effizienter (Leiterquerschnitt).
Also ich für mich bin beim Überlegen dass ich entweder direkt die 48V/51,2V von der Batterie Verteile und dann lokal auf die Spannung runter bringe die ich brauche.
Oder am Batterieabgang einmalig auf 24V runter zu gehen, die 24V zu verteilen und dann wieder lokal auf die Spannung runter gehen die ich benötige.
Unter 24V sehe ich nicht als sinnvoll und zukunftssicher an.
Punkte die für mich (in welcher Gewichtung auch immer) Einfluss nehmen:
USB-PD (USB-C): Wird von vielen Geräten verwendet und wird vermutlich immer mehr werden. Inzwischen kann da auch schon richtig Leistung drüber gefahren werden.
Es gibt auch kleine Module die man einfach mit DC versogt und die dann USB-PD zur Verfügung stellen. Für das 20V USB-PD Profil benötigen die aber alle min 22-24V.
D.h. ein Punkt für mich nicht unter 24V zu gehen.
Aber USB-PD ist bereits bis zu 48V spezifiziert, um Zukunftssicher zu sein wären also schon die 48V/51,2V aus der Batterie nicht schlecht.
Es gibt USB-PD Kabel die einfach fixe Spannungslevel vom USB-PD-Netzteil abholen, da ist nicht viel drinnen in den Kabeln und die kosten nicht die Welt.
d.h. ein mit einem USB-PD Netzteil das mit 48V betrieben wird kann man mit so einem Kabel eigentlich alle Spannungen von 5V bis 20V sehr einfach rausbekommen, und man hat nur einen einzigen Spannungswandler im Einsatz.
Sorry, war wieder viel Text ... aber das sind so mal nur ein paar Gedanken zu diesem Thema von mir.
Wenn jemand dazu Ergänzungen hat oder meint dass ich da bei irgendwas am Holzweg bin, dann immer her mit den Infos
Nachtrag:
Oder wenn man NICHT z.B. das Licht über DC haben möchte (was dann in jedem Raum wäre), dass man sich wenige (1-2 ??) strategische Stellen im Haus sucht wo man schon mehrere DC Verbraucher hat, dort dann noch etwas Platz macht um alle möglichen Ladegeräte welche mit DC / USB gehen unter zu bringen, dann hätte man vermutlich schon sehrviel von den DC-Verbrauchern abgedeckt.
Z.B. wenn man Router, Switch und IP-TV Kasterl schon an einem Platz hat und dort noch Platz schafft um was mit DC geladen wird dort ablegen/laden zu können (ist bei mir/uns einiges).
Oder wenn man den Laptop immer am selben Platz nutzt wäre das evt. auch so ein 'strategischer Platz'.
Vergiss man nicht, dass bei niedriger Spannung der Leitungsquerschnitt quadratisch steigen muss. Bei 24V müsste man also 150mm² anstatt 1,5mm² bei 240V verrlegen. Nur dann sind die Verluste gleich hoch. Fast jedes Gleichstromgerät hat eine Spannungsaufbereitung, die oft die gleiche Verlustleistung wie ein gutes Netzteil hat.
220VDC wie früher, da war ich immer ein Freund von.
Zum einen ist das ungefährlicher, weil man an Gleichspannung nicht hängen bleibt.
Netztransformatoren braucht man keine mehr, Solarinverter haben es deutlich einfacher,
Schaltnetzteile benötigen keine großen Ladekondensatoren und den damit verbundenen
Einschaltstromstoß. Für Haushaltsgleichstrom gibt es die V, U und P- Röhrenserie um
auch unmittelbar aus dem Netz heizen zu können.
Als Netzschalter werden Schnappschalter verwendet.
Das Thema ist auch nicht neu, es gibt hier schon einen detaillierten Faden darüber. Und da hat man sich etwas mühsam darauf geeinigt,, ob DC oder AC sicherer ist.
Nur mal so am Rande. Diese Rivalität gab es schon mal und zwar zwichen Edison und George Westinghouse. Edison war der erste und versuchte mit allen Mitteln Gleichstrom als das bessere darzustellen.
Letztendlich hat Wechselstrom gewonnen, weil er damals problemlos mit Trafos hochzuspannen war, dann über weite Strecken mit geringen Verlusten zu transportieren und dann wieder runtertransformiert wurde.
Nicht auszudenken wie das gelaufen wäre, wenn es HGÜ gegeben hätte
Ein Gleichstromnetz wäre mit HEUTIGER Technik sehr viel effizienter. Und die Argumente mit den Spannungen gäbe es dann nicht weil man sich weltweit auf ein bis zwei Spannungen geeinigt hätte (usb machts vor).
Da aber fast alle weltweit produzierten Geräte heute auf Wechselstromnetz ausgelegt sind, denke ich nicht, dass es sich wirklich rechnet ein Haus mit einem Gleichstromnetz auszustatten.
Stefan
P.S. fällt mir noch ein. Edison hat öffentlich neufundländer töten lassen um zu zeigen, dass Wechselstrom sehr viel gefährlicher ist als sein Gleichstrom .-)
48V für USB-PD und PowerOverEthernet (POE),
Damit kann man bereits relativ risikolos einiges an "Grundverbrauch" abfangen
Selbst Wasserpumpen gibt es als 48V (Gartenbewässerung/Grauwassernutzung) https://de.aliexpress.com/item/1005004979895637.html
Habe ich schon oft unfreiwillig probiert.
Das Problem bei Gleichstrom sind die Sekundärverletzungen, meisst Schnittwunden weil man sich unkontrolliert bewegt.
@brinki
Lichtbogenschweißen. Deshalb verwendet man Schnappschalter um das Plasma erst gar nicht entstehen zu lassen.
Es gibt inzwischen Leitungsschutzschalter, die das Britzeln bis hin zu schlechten Klemmstellen erkennen und ggf. trennen.
Was genau sind denn Schnappschalter und wie funktionieren die? Kann mir nicht vorstellen, das überhaupt kein Lichtbogen entsteht - evtl. dann nur sehr kurzzeitig?
Solche Schalter hat man früher auch für U-Boote entwickelt weil die mit riesigen Bleibatterien arbeiteten wo einige zig-kA geschaltet werden mußten. Das waren dann viele 100kg schwere Schalter mit großen Federn vorgespannt und ganz vielen Kupferlamellen, die den Kontakt herstellten oder trennten. Die Abnutzug zu minimieren war die große Kunst dabei.
Hatte die Überlegungen aber auch schon einmal angestellt, was man (theoretisch) alles mit DC betreiben könnte. Tatsächlich wandeln viele Haushaltsgeräte den Wechselstrom erst - in oft niedrigere Spannungen - und dann in Gleichstrom (DC) um. Man müßte in viele Geräte aber massiv eingreifen, um sie gleichstromtauglich zu machen und auch die Spannungen angleichen. Alle Geräte mit Motoren, insbes. Drehstrommotoren, funktionieren natürlich nicht mit DC. Manche kann man motortechnisch umrüsten, manche nur sehr aufwändig. Alle rein ohmschen Lasten wie Toaster, Tauchsieder, Wasserkocher, viele E-Herde würden theoretisch auch mit DC laufen. Beim Herd hat man das Problem dass diese eine hohe Leistung brauchen und deshalb mit 3-Phasen betrieben werden - die Platten müßten also auch umgerüstet werden.
Ist alles in allem schon sehr viel Aufwand und alle Schalter und Sicherungen müßte man wegen der Lichtbogengefahr auch noch austauschen. Man könnte aber auch per Halbleiter Schalten, z.B. mit SSR (solid state relais) oder einfach per Mosfet. Dazu muß man aber auch wieder viel basteln.
Würde aber in jedem Fall die DC-Verteilung nicht unter 48V machen, eher deutlich mehr wegen der nötigen Kabelquerschnitte. 120V oder gar 220V wie früher wäre eine Option. Aber die Spannungswandlung bei DC ist m.E. aufwändiger als bei AC. Für letzteres genügt ein passend dimensionierter Tafo, für DC braucht man passende Buckconverter, die es für hohe Spannungen aber kaum gibt, bzw. dann recht teuer sind.
Alles in allem kaum praktikabel und sicher nicht wirtschaftlich. Rein für Beleuchtungszwecke per LED auf 24V Basis könnte ich mir das sinnvoll vorstellen.
Ich sehe keinen Vorteil im Gleichstrom im Haushalt, einzig alte hifi Geräte brummen dann nicht mehr sondern rauschen.
Der Elektroschrott würde sprunghaft ansteigen weil wirklich alles (versteckte Thermoschutzschalter usw.) erneuert werden muß.
Kupfer gehört eh schon Richtung Mangelware, dann noch auf 48 V senken würde den Kupfer Bedarf mehrfach ansteigen lassen.
Herkömmliche Schalter sind unbrauchbar. Zuverlässige Relais werden durch sensible Halbleiter Schalter ersetzt.
Einzig für Licht, Kleinkram und Bits wäre so ein Niedervolt DC Netz brauchbar aber kaum sinnvoll. Und natürlich als Hochspannungs Leistung Übertragung.
Da bin ich erst dabei wenn man Energie per Lichtleiter übertragen wird.
Umgewandelt wird wohl fast in jedem Fall weiter. AC in DC umwandeln wird seit ewigen Zeiten gemacht und funktioniert problemlos. Die geringen Verluste der Dioden können fast vollständig reduziert werden. Ein Elko alter Technologie hält eigentlich Jahrzehnte, ein SNT Elko hält da kaum mit. Ist natürlich viel kleiner.
Geht es um Zuverlässigkeit der Spannungsanpassung kommt an einen großen Eisen Trafo nichts an.
Einzig die primitiv Motore aus 1900 würden aussterben. Wenn es blöd läuft allerdings mit Elektronik vollgepflastert damit sie schnell ausfallen.
Die Welt würde heute wohl noch deutlich rückständiger sein hätte sich ursprünglich das DC Netz durchgesetzt. Handhabbar wurde DC Stromversorgung erst durch die wohl AC betriebenen Entwicklungsschritte in der Halbleiter Industrie.
Alles nur meine nicht fundierte Annahme.
Ich hasse zwar die Wechselspannung, bin allerdings froh daß sie nicht durch DC Netze ersetzt wurde.
Was Sinn macht wenn die Leitungsverlegung halbwegs problemlos möglich ist: Versorgung der Haus-IT direkt aus dem Akku.
Da bei mir das alles (Fritzbox, Homeserver mit PicoPSU, zentraler Switch, Mediakonverter/Anschlussbox Glasfaser) auf 12V läuft war das mit einem passenden DC/DC Wandler kein großer Akt. Hauptgrund das zu tun war aber nicht wegen besserer Effizienz sondern weil es eine recht einfache Lösung für eine potente USV ist. Akku wird wenn leer von einem 250W Ladegerät bespaßt bis knapp unterhalb der Einschaltschwelle des WR. Durch das als Backup mitlaufende 12V Netzteil (mit Idealdioden parallel zum DC/DC) ist der evtl. gegebene Effizienzgewinn wahrscheinlich eh dahin.
Da die Entwicklung gelaufen ist wie sie ist, sehe ich das auch so was du schreibst.
ABER
Hätte es VOR Entwicklung des Wechselstromnetzes Solarpanele und odentliche Batterien gegeben, wäre heute wohl ALLES mit elektromotoren, es gäbe keine Verluste beim Stromtransport, da entsprechende Überlandleitungen mit supraleitern realisiert wären, die im besten Fall knapp unter 20 Grad supraleitend werden ......
Es kam anders und jemand bohrte und fand so schwarzes scheussliches Zeug. Damit war dann die Entwicklung der Batterie und E-Motor Technik erst mal nicht mehr so wichtig, weil das Zeug in rauhen Mengen zur Verfügung stand und wunderbar zu verbrennen war.
Heute schlagen wir uns mit den Konsequenzen rum (man denke die Gelder die in Entwicklung von Verbrennungsmotoren geflossen sind wären in Batterie und E-Motortechnik geflossen)
Daher halte ich es heute für Unsinn ein Haus auf Gleichstrom umzurüsten, da man wieder jede Menge Elektroschrott erzeugt.
Beim Neubau kann man überlegen die Licht und Warmwasser infrastruktur mit reinzudenken (man hat auch mal in jedes Zimmer Lautsprecherkabel und Netzwerkkabel gelegt, die meist ungenutzt sind weil Wlan abgelöst hat).
Aber da so gut wie alle Haushaltsgeräte mit Wechselstrom laufen, wäre es in ner Hütte in den Bergen oder nem Wochenendhaus umsetzbar in einem Wohnhaus halte ich es für umweltschädlicher als wie es jetzt ist.
@stefanelo
Das war früher so, dass der Drehstrom im Umspannwerk für das Wohngebiet gleichgerichtet wurde.
B6 oder B12.
Bei den Stadtbahnen hat man ja heute noch Gleichstrom und ist da sicher froh drum.
Interessant sind auch die alten Telefonvermittlungsstellen mit ihren 60VDC die auch einige
Tage auf Batterie, oder immer mit Batterie gepuffert liefen.
Umgeformt wurde mit rotierenden Umformern. Da gibt es interessante Videos zu.
Das hat mich so fasziniert, dass ich mir eine kleine 24V Anlage zusammengestellt habe. Arduino-Impulswahl-Frequenzwahl-Konverter | meinearduinoprojekte
Etwas nach unten scrollen ...
Du musst zwischen Lichtbogen und Abreißfunken unterscheiden. Für einen Lichtbogen muss die Temperatur so hoch sein,
dass sich ein Plasma bilden kann. Das leitet und kann die gezeigte Distanz über bestehen bleiben.
Ein Schalter der aufschnappt ist so schnell, dass er sich lediglich mit dem Abreißfunken auseinandersetzen muss, so er
denn entsteht. Den Abreißfunken gibt es bei Gleich - und Wechselstrom. Es gibt technische Möglichkeiten zur Minderung
oder gar Vermeidung des Funkens.
@stefanelo Ich wäre ja für die Ringleitung rund um die Kugel. Irgendwo scheint immer die Sonne.
Die Verluste wären nicht das Problem auch mit bestehender Technik, die Dimension allerdings wohl so gewaltig daß es gar nicht möglich ist. Vermutlich wird es mit Supraleiter beherrschbar.
Damit würde auch das Groß Speicher Thema deutlich schrumpfen und nur im Niederspannungsbereich zur Netzentlastung dienen.
Wirkliches Hindernis sind allerdings die Menschen die sich selbst im Wege stehen.
Ok, irgendwann herrscht eh China über die Kugel, dann geht alles , auch die Klima Rettung , sollte die Kugel bis dahin nicht verbrannt sein
