+/-200VDC Hausnetz

  • Hallo allerseits,


    Die Überlegung ist bisher noch rein theoretisch da mir momentan weder ein Haus noch eine PV-Anlage zur Verfügung steht um sie umzusetzen.


    Die Idee ist, neben dem üblichen 230/400VAC-Netz parallel ein +/-200VDC-Netz einzurichten, besonders sinnvoll bei einer PV-Anlage mit Batterie und hohem Eigenverbrauch. Der gewünschte Nutzen ist klar - Den Gleichstrom der PV-Anlage nicht so oft Umwandeln zu müssen, denn Verbraucher nutzen meist auch Gleichstrom. In der Regel liegen am MPPT >400VDC an, es wäre also im ersten Schritt ein Buck converter nötig.


    Übliche DC-Spannungen sind 12V und 24V, 48V ist eher selten. Allerdings sind diese Spannungen für Systeme mit geringer räumlicher Ausdehnung gedacht, wie Fahrzeuge und Berghütten. Bei einem Haus kann eine Leitung im Einzelfall schon mal bis zu 20m lang sein, was dann mit Hin-und Rückleiter 40m Kupferdraht ergibt. Wenn zwei Laptops mit noch zu ladenden Batterien und die Beleuchtung in einem Stromkreis verwendet werden, sind 150-200 Watt zu erwarten, was bei 48V zu einem Spannungsabfall von knapp 2V und damit Leitungsverlusten von 4% führt - von Geräten wie Kühlschränken, Wasserkochern oder Backöfen ganz zu schweigen.


    Warum eine Spannung von +/-200V? Nun, viele Geräte die für Wechselspannung ausgelegt sind, sollten ohne oder mit geringen Modifikationen auch mit Gleichspannung funktionieren. Dafür benötigt es ähnliche Spannungen. 400VDC entspricht 400VAC und 200VDC entspricht ungefähr 230VAC - die meisten AC-DC-Wandler sind ohnehin auf 110-240VAC ausgelegt.
    Der Heizspirale des Backofens sollte es egal sein, ob die anliegenden 400V Gleichstrom oder Wechselstrom sind - die dazu gehörige Elektronik ist evtl. etwas wählerischer. Ein AC-DC-Wandler der mit Vollwellengleichrichter, Zerhacker, HF-Trafo und Glättungskondensator arbeitet sollte ebenso mit Gleichspannung funktionieren, möglicherweise effizienter. Elektroautos können über denselben Stecker sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom geladen werden. Der Spannungsbereich für Gleichstromladung beträgt 200-450 VDC - 400VDC ist also bestens geeignet.
    Des weiteren braucht man einen Spannungshalbierer bzw. Step-down converter für 400 auf 200V um Schieflasten auszugleichen.


    Der Sinn der Sache ist, dass möglichst wenig umgewandelt wird. Wenn nicht genügend Strom von der PV-Anlage oder der Batterie zur Verfügung steht, muss Wechselstrom aus dem Netz bezogen werden. Diesen nun in Gleichstrom umzuwandeln um Geräte zu betreiben, die ihn ohnehin nochmals umwandeln, erzeugt möglicherweise zusätzliche Verluste anstatt sie zu vermeiden. Stromkreise, an die nur Geräte angeschlossen werden die sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom versorgt werden können, sollten also so konzipiert werden, dass sie je nach Verfügbarkeit automatisch zwischen Gleichstrom und Wechselstrom umgeschaltet werden können. Geeignete Kandidaten sind hier vor allem fest installierte Geräte mit eigenem Stromkreis, wie Backöfen und Ladestationen für Elektroautos, aber auch Wärmepumpenheizungen, wenn diese denn mit beiden Stromarten umgehen können.
    Gegebenenfalls könnte man die Anlage so auslegen, dass immer genug Gleichstrom vorhanden ist für Geräte, die nicht mit Wechselstrom versorgt werden können, wie in etwa Beleuchtung. So spart man sich Umwandlung von Wechselstrom für das hausinterne Gleichstromnetz.


    Weitere Vorteile eines hausinternen Gleichstromnetzes sind dass dieses auch bei einem Netzausfall weiter funktionieren kann und außerdem die durch viele Gleichrichter verursachten Oberschwingungen im Stromnetz vermieden werden.


    Ich würde gern wissen, was ihr prinzipiell von der Idee haltet. Mir ist bewusst, dass es nur wenig Gerät für 200 bzw. 400V Gleichstrom gibt. Wenn es Wechselrichter gibt, die neben Wechselstrom ebenfalls Gleichstrom von +/-200V ausgeben können, könnte man ja schon viel selbst bauen. Ladestationen für Elektroautos wandeln Strom nicht um. Sie müssen lediglich über ein sehr einfaches Protokoll mit dem Auto kommunizieren um den Ladestrom zu begrenzen und ggf gegen Fehlerströme absichern. Eine Ladestation die sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom verwenden kann, sollte man mit etwas Fachkenntnis selbst bauen können. Konstantstromquellen für LED-Beleuchtung die mit 200V Gleichstrom betrieben werden, sollten ebenfalls zu bekommen sein. Ob und wie man Geräte an Steckdosen mit Gleichstrom versorgen will, ohne dass man aus versehen ein Gerät anschließt welches das nicht kann, ist eine andere Frage.

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  • ganz so enfach ist das nicht. Viele Geräte werden mit DC nicht funktionieren.
    Das sind zBsp. alle Geräte mit normalen Trafos ( welche bei DC sofort durchbrennen würden) oder Kondensator Netzteilen.
    Um ein Gerät mit Schaltnetzteil auch mit DC zu betreiben brauchst du mindestens 300V oder das Gerät hat ein Weitbereichs Eingang von 100V AC was dann etwa 140V DC entspricht.
    Auch ein FI Schutzschalter dürfte bei DC nicht funktionieren.
    Und dann brauchst bei DC geeignete Schalter und Sicherungen um die Lichtbögen zuverlässig zu Löschen.

    Alle sagten das geht nicht. Dann kam einer, der wusste das nicht, und hats einfach gemacht.

  • Was meinst du mit +/-200V? Ein 2-Leiter-DC, bei dem die Polarität wechselt, sozusagen eine Rechteckwechselspannung? Oder ein 3-Leiter-System mit Null, +200V und -200V?


    Prinzipiell funktionieren viel Geräte auch mit DC. aber es gibt auch massig Probleme.
    -Normale Schalter und Relais können nicht weiter verwendet werden, da der Lichtbogen nicht verlischt. Massive Erhöhung der Luftstrecke erforderlich und trotzdem erheblicher Abbrand.
    -nichts, was Triacs oder Thyristoren enthält funktioniert noch
    -alles was Induktionsmotoren enthält funktioniert nicht mehr und wid zerstört
    -alles, was herkömmliche Transformatoren enthält funktioniert nicht mehr und wird zerstört


    Selbst Geräte mit Universalmotoren, die prinzipiell eigentlich auch mit DC funktionieren, sind nicht geeignet (Bürstenfeuer viel zu viel und weil der induktive Widerstand fehlt wird auch der Strom zu hoch, evtl. geht sogar die Erregerwicklung in die Sättigung)


    Die Bratröhre funktioniert nicht richtig, weil der Lüfter nicht läuft, Mikrowelle genauso. Selbst der simple Fön läuft gar nicht oder volle Pulle, Leistungsumschaltung (Halbwellenbetrieb) funktioniert nicht .


    FI-Schalter müssten eigentlich prinzipiell funktionieren, bin ich mir aber auch nicht sicher. Das Lichtbogenproblem besteht aber auch hier.
    Sicherungsautomaten? Hm, weiss ich nicht.
    Viele viele kleine Gemeinheiten, für meinen Geschmack zu viele. Man muss genau wissen, was man tut.
    Prinzipiell nur mit neuen Schaltern und unverwechselbaren Steckdosen.

  • Natürlich werden nicht einfach so Geräte an Gleichspannung angeschlossen, ohne dass man sichergestellt hat, dass es funktioniert. Geräte mit Trafos werden immer seltener. Die funktionieren natürlich nicht. Induktionsmotoren bzw. Synchronmaschinen müssen ohnehin an Drehstrom angeschlossen werden - das geht mit +/- 200V gar nicht, da nur 2 phasen vorhanden sind. Allerdings sind derartige Geräte in einem Haushalt selten anzutreffen. Phasenanschnitt sollte wegen der Oberwellen ohnehin vermieden werden - ist denn Phasenanschnitt noch sehr verbreitet? Meines Wissens gibt es da Einschränkungen für die maximal erlaubte Leistung eines Gerätes das Oberwellen erzeugt.


    Ja, gemeint sind drei Leiter - +200V, -200V und 0V. Das ermöglicht die Abnahme zweier Spannungen und reduziert das Risiko durch Stromschläge, da der Potentialunterschied zur Erde maximal 200V beträgt - man müsste schon beide Leiter berühren um 400V ausgesetzt zu sein.


    Daran dass die Spitzenspannung höher als die RMS-Spannung ist und deswegen AC-DC-Wandler beeinflusst sein könnten hatte ich nicht gedacht - die meisten Netzteile sind aber auch für die 120V-Netze der USA ausgelegt und kommen mit mindestens 110V RMS klar - das sollte also kein Problem sein.


    Natürlich will ich Wechselstrom nicht abschaffen. Man soll weiterhin Wechselstromgeräte verwenden können. Ursprünglich war die Idee, das Elektroauto je nach Verfügbarkeit mit DC Solarstrom zu laden, dann habe ich das Ganze ein wenig weiter gedacht.

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  • Triac heisst nicht automatisch Phasenanschnitt. Meine Kaffeemaschine schaltet die Heizung mit Triac, nur ein und aus. Funktioniert mit DC auch nicht mehr.
    Auto aus dem Hausakku laden?? Na super :roll: . Wie gross soll er denn sein? Direkt PV->Auto könnte ich mir gut vorstellen, üblicherweise ist das Auto tagsüber aber meist unterwegs, zumindest wenn man es regelmässig für den Arbeitsweg benutzt. Gut also nur für Nachtarbeiter.

  • Zitat von crazy horse

    Triac heisst nicht automatisch Phasenanschnitt. Meine Kaffeemaschine schaltet die Heizung mit Triac, nur ein und aus. Funktioniert mit DC auch nicht mehr.
    Auto aus dem Hausakku laden?? Na super :roll: . Wie gross soll er denn sein? Direkt PV->Auto könnte ich mir gut vorstellen, üblicherweise ist das Auto tagsüber aber meist unterwegs, zumindest wenn man es regelmässig für den Arbeitsweg benutzt. Gut also nur für Nachtarbeiter.


    Nein, das Auto wird natürlich nach Möglichkeit direkt mit PV-Strom geladen. Reichweiten jenseits von 200km sind keine Seltenheit mehr ein durchschnittliches Auto fährt nicht mehr als 30km pro Tag. Man kann also am Wochenende laden.

  • Super Idee, dass ich da noch nicht drauf gekommen bin.
    Also zurück zur Lichtbogenlampe, dann haben die Kohleminen endlich wieder etwas schlaues zu tun...
    :ironie: einstein0

    35 J Erfahrung mit PV im Netzverbund. Erster zweiachsiger Tracker in Australien.
    2 kW- Hybrid-Insel im Camper, BEV: Hyundai Kona. 30kW-PV-Anlage Ost/West.
    PV-Notstromversorgung 10 kWh im MFH mit Infini 3 kW. 5 kW USV mit Hybrid-WR und 10 kWh Li.

  • Als Notfall-Backup habe ich sowas durchaus auf dem Schirm bzw. ich weiss was geht und was nicht. Als Festinstallation lass ich die Finger davon. Irgendwann wird die Hütte eh verkauft oder vererbt. Und dann werden hier Leute rumwerkeln, die nichts davon wissen und vom üblichen Stand ausgehen.

  • Zitat von Kermit999

    Ein Unvorstellbarere Aufwand um ein paar Prozent Wandlerverluste einzusparen. Kosten und
    Nutzen stehen in absolut keinem Verhältniss.


    Richtig, weil's sonst keiner macht :roll: ist mir schon klar.