Projekt:DC-Netz: Unterschied zwischen den Versionen
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Wenn man weiterhin alle haushaltsüblichen Elektrogeräte einmal genauer betrachtet, so arbeiten die weitaus meisten davon intern längst schon mit Gleichstrom. Hatte vor 100 Jahren der Wechselstrom noch eklatante Vorteile, so sind diese inzwischen durch die Fortschritte in der Elektronik hinfällig geworden. Im Gegenteil: Wechselstrom behindert inzwischen in vielen Bereichen den technischen Fortschritt. Da es abzusehen ist, dass in naher Zukunft DC-Netze in unseren Häusern Einzug halten werden, möchten wir hier im Space schon mal die Zukunft vorweg nehmen! | Wenn man weiterhin alle haushaltsüblichen Elektrogeräte einmal genauer betrachtet, so arbeiten die weitaus meisten davon intern längst schon mit Gleichstrom. Hatte vor 100 Jahren der Wechselstrom noch eklatante Vorteile, so sind diese inzwischen durch die Fortschritte in der Elektronik hinfällig geworden. Im Gegenteil: Wechselstrom behindert inzwischen in vielen Bereichen den technischen Fortschritt. Da es abzusehen ist, dass in naher Zukunft DC-Netze in unseren Häusern Einzug halten werden, möchten wir hier im Space schon mal die Zukunft vorweg nehmen! | ||
= Ansprechpartner = | |||
Hendrik, Herbert. | |||
= Planung = | = Planung = | ||
== | == Festlegung der DC-Netzspannung == | ||
=== Einige gebräuchliche Gleichspannungen === | |||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
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! Spannung !! Art der Vebraucher !! Strom | ! Spannung !! Art der Vebraucher !! Strom bei 10W/100W !! Bemerkung | ||
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| 1,2V || Akkugeräte mit NiCd-Akkus || 8,3A/83A || Bis heute noch sehr oft als Spannungsversorgung für Kleingeräte verwendet, immer mehr durch Li-Io abgelöst | |||
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| 1,5V || Batteriegeräte mit Primärbatterien || 6,7A/67A || Für mobile und festinstallierte Geraäte mit geringer Leistung oft verwendet | |||
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| 3.3V || Core- | | 3.3V || Core-Spannungen Informations- Steuertechnik, z.B. ESP8266 || 3,0A/30,3A || Trend zu immer kleineren Spannungen, nahezu jedes Elektronikgerät arbeitet damit (eine von mehreren Spannungen), teilweise hohe Ströme nötig | ||
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| 5V || IO-Spannung Informationstechnik | | 5V || Kleingeräte, IO-Spannung Informationstechnik (z.B. USB-Clients, RasPis...) || 2A/20A || In vielen Geräten verwendet, oft an DC- oder USB-Buchse einspeisbar | ||
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| 12V || IO-Spannungen Informationstechnik | | 12V || Beleuchtung, Bordnetz PKW, IO-Spannungen Informationstechnik (z.B. externe Festplatten, Funktechnik) || 0,83A/8,3A || Viel verwendet (z. B. Halogenbeleuchtung), bei Geräten oft an DC-Buchsen einspeisbar | ||
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| 24V || USVs, manche Kommunikationstechnik, nah an ~19V für Notebooks || 4,2A | | 24V || Industriesteuerungen, Bordnetz LKW, USVs, manche Kommunikationstechnik, nah an ~19V für Notebooks || 0,42A/4,2A || Im Haushaltsbereich eher unüblich | ||
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| 48V || Kommunikationstechnik, Mobilfunktechnik (LDMOS) PoE (IT) | | 42V || Zweites PKW-Bordnetz || 0,24A/2,4A || Sollte als zweite Bordnetzspannung standardisiert werden, kläglich gescheitert | ||
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| 48V || Kommunikationstechnik, Mobilfunktechnik (LDMOS) PoE (IT), zweites Bordnetz PKW, Akku-Storages (Home) || 0,21A/2,1A || Im Haushaltsbereich ebenfalls nicht üblich, gibt "Bricks" um auf die niedrigeren Spannungen zu kommen | |||
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| 60V || Telefon-Endgeräte || 0,16A/1,6A || heute eher exotisch | |||
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Bei der Bewertung der oben genannten Liste sind einige Punkte zu beachten, die vielleicht nicht soo offensichtlich sind: | Bei der Bewertung der oben genannten Liste sind einige Punkte zu beachten, die vielleicht nicht soo offensichtlich sind: | ||
* Niedrige Spannungen bei hohen Strömen sind zwar für viele Systeme anwendbar, aber brauchen für gleiche Leistungen im Verhältnis die größten Ströme - und die ergeben im Verhältnis größere Leistungsverluste in den Leitungen | * Niedrige Spannungen bei hohen Strömen sind zwar für viele Systeme anwendbar, aber brauchen für gleiche Leistungen im Verhältnis die größten Ströme - und die ergeben im Verhältnis größere Leistungsverluste in den Leitungen oder erfordern wesentlich dickere, teuerere Leitungen. | ||
* Für den Spamnnungsbereich 48V (35-75V) gibts recht günstige Bricks aus der Kommunikationstechnik, die historisch mit -60V, modern eher -48V läuft (z.B. Mobilfunk-Basisstationen) | * Für den Spamnnungsbereich 48V (35-75V) gibts recht günstige Bricks aus der Kommunikationstechnik, die historisch mit -60V, modern eher -48V läuft (z.B. Mobilfunk-Basisstationen) | ||
Wir sollten uns auf eine Versorgungsnetzlage einigen und dann am Einsatzort auf | |||
=== Kriterien für die Auswahl einer DC-Netzspannung === | |||
Grundsätzlich könnte man Gleichstromnetze in zwei Kategorien einteilen: kleine oder große Leistungen. Es ist durchaus sinnvoll unerschiedliche Spannungen für diese beiden Leistungsgruppen zu wählen. Hier wollen wir uns nur mit den kleinen bis mittleren Leistung beschäftigen, da sie den Großteil der verwendeten Geräte abdecken. | |||
Für ein DC-Netz in Wohn-, Büro- oder Arbeitsräumen, dass diese Gerätesparte abdeckt, können folgende Kriterien gelten (bitte erweitern): | |||
* Sichere, potentialfreie Trennung vom Wechselstromnetz bei Verwendung eines zentralen Netzteils. | |||
* Möglichst hohe Spannung um Verluste in den Zuleitungen zu den Geräten auszuschließen. | |||
* Möglichst niedrige Spannung um Risken durch Stromunfälle auszuschließen. | |||
* Spannung sollte wenn möglich einem Standard entsprechen um vorhandene Infrastruktur zu nutzen. | |||
* Spannung nicht zu hoch, um Wandler für kleine Spannungen mit hohem Wirkungsgrad betreiben zu können (oder zweistufige Wandlung!?). | |||
* Bevorzugter Wandler-Typ: Step-Down, da gut erhältlich, preiswert und hoher Wirkungsgrag möglich. | |||
Wir sollten uns auf Grund der obigen Kriterien auf eine Versorgungsnetzlage einigen und dann am Einsatzort auf niedrigere Spannungen umsetzen. | |||
=== Festlegung der Netzspannung === | |||
Da sich obige Kriterien für die Wahl der Netzspannung teilweise widersprechen, müssen Kompromisse eingegangen werden. | |||
Sicher ist, dass eine sehr niedrige Spannung nicht zweckmässig ist, da dann die Leitungsverluste zu hoch werden und eine Spannung über 60V zu hohe Berührspannungen aufweist (gefährlich!). Die weit verbreitete 12V-Versorgung (z. B. Beleuchtungen) hat zwar eine gewisse Gerätebasis aber aufgrund der erforderlichen dicken Zuleitungen ist sie nicht praktikabel. Sehr wohl könnten aber unter Umständen Teilnetze (über Wandler) mit 12V betrieben werden. Für die Hauptverteilerleitungen bietet sich jedoch eine möglichst hohe Spannung an. Für die Verlustleistung gilt P = I2 * R. Um die Bedeutung zu verdeutlichen wird ein Netz mit 12V oder 60V bei 100W Leistung betrieben, die Zuleitung soll 2 mal 10m lang sein mit 1mm2 (ca. 330mOhm). Bei 60V (1,66A) ergibt sich ein Leitungsverlust von 0,91W, bei 12V (8,33A) aber schon 22,9W, also 25 mal so viel. Um den gleichen geringen Verlust zu erreichen müsste die Zuleitung bei 12V also 25 mal so dick (25mm2) sein wie bei 60V. | |||
Immer mehr werden Solaranlagen und Batteriespeicher für die Stromversorgung von Häusern verwendet. Bei den Speichern setzen sich Spannungen von 24V und 48V durch, die auch gleichzeitig die Versorgung des DC-Netzes übernehmen könnten. | |||
(weitere Argumente ausarbeiten) | |||
Spannung muss noch festgelegt werden! | |||
= Material = | = Material = | ||
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* 1-2 Bricks 24V/9A auf 48V/3A (Hendrik) | * 1-2 Bricks 24V/9A auf 48V/3A (Hendrik) | ||
* Baugruppe mit 2 Bricks, 48V nach 12V und 48V nach 5V, jeweils 200W (Hendrik) | * Baugruppe mit 2 Bricks, 48V nach 12V und 48V nach 5V, jeweils 200W (Hendrik) | ||
* Solarzellen könnten z. V. gestellt werden (Herbert) | |||
* 2 neue PKW-Akkus (12V) könnten z. V gestellt werden (Herbert) | |||
* eine umfangreiche Sammlung an Ideen für DC-Net hat sich über Jahre angesammelt (Herbert) | |||
== Benötigtes Material == | == Benötigtes Material == | ||
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|30.10.2017||Hendi|| Wikiseite angelegt | |30.10.2017||Hendi|| Wikiseite angelegt | ||
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|31.10.2017||Herbert|| ergänzt und Kriterien zugefügt | |||
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