Untersuchung zum Aufbau und zur Anwendung von Gleichstromnetzen in Bürogebäuden

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Leistungselektronik für Gleichstromtechnik

2.1 Gleichrichter

2.1.1 Brückengleichrichter

2.1.2 Glättung

2.2 Gleichstromsteller

2.2.1 Tiefsetzsteller

2.2.2 Hochsetzsteller

3 Vor- und Nachteile Gleichstrom- gegenüber wechselstromversorgung

3.1 Historie

3.2 Betrachtung des Schaltlichtbogens

3.2.1 Erzeugung des Lichtbogens

3.2.2 Lichtbogenlöschung durch Gleichstromschaltgeräte

3.2.3 Lichtbogen beim Trennen der Steckkontakte

3.3 Elektrische Sicherheit für Niederspannungsgleichstromsysteme

3.3.1 Normative Anforderungen

3.3.2 Schutzmaßnahmen

4 Mögliche Gleichstromquellen für die Gebäudeversorgung

4.1 Allgemein

4.2 Photovoltaik-Anlage

4.2.1 Photovoltaik-Generator

4.2.2 Flächenbedarf

4.3 Gleichstromgeneratoren

4.3.1 Erzeugung der Gleichspannung

5 Speichermöglichkeiten

5.1 Batterie

5.2 Batterie USV

6 Mögliche Aufbauten von Gleichstromnetzen

6.1 Forschungstand Gleichstromnetze

6.2 Gleichstromnetz mit einem optimierten zentralen Netzteil

6.3 Gleichstromnetz mit mehreren Gleichspannungswandlern

6.4 Weiterer Aufbau Gleichstromnetz

7 Gleichstromanwendung

7.1 Beleuchtung

7.1.1 Allgemeine Beleuchtung

7.1.2 Sicherheitsbeleuchtung

7.2 Bürogeräte

7.2.1 Desktop-Computer

7.2.2 Monitor

7.2.3 Notebook

7.2.4 Drucker

7.2.5 Telefonanlage

7.3 Informationstechnik und Kommunikation

7.4 Motoren

7.4.1 Jalousiemotoren

7.4.2 Lüftungsanlagemotoren

7.5 Weitere Anwendungen

7.5.1 Reinigungsroboter

7.5.2 Ladestation für Elektroauto

8 Planung der Stromversorgung eines Beispielsbürogebäudes

8.1 Versorgung mit regenerativen Energiequellen

8.1.1 Merkmale des Standortes

8.1.2 Ermittlung der Globalstrahlung auf horizontale Fläche

8.1.3 Ermittlung der Globalstrahlung auf geneigte Fläche

8.1.4 Realisierung der Peakleistung und Ermittlung des Energieertrages

8.1.5 Ermittlung des täglichen Energiebedarfs

8.1.6 Batteriekapazität

8.1.7 Jahresenergieertrag

8.1.8 Kosten pro Kilowattstunde

8.1.9 Energieertragsprognose

9 Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten, Gleichstromnetze in Bürogebäuden aufzubauen und anzuwenden, um die Energieeffizienz durch den Wegfall von verlustbehafteten Netzteilen und Vorschaltgeräten zu steigern und eine direkte Einbindung erneuerbarer Energiequellen zu ermöglichen.

• Aufbau und Planung von Gleichstromnetzen in Bürogebäuden
• Analyse von elektrischen Verbrauchern und deren Eignung für DC-Versorgung
• Integration regenerativer Energiequellen (insb. Photovoltaik)
• Untersuchung von Sicherheitstechnologien bei Gleichstromkreisen
• Erstellung einer Leistungsbilanz für ein Beispielgebäude

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Einleitung erläutert die Relevanz der Gebäuderichtlinie 2010/31/EU und die Notwendigkeit, durch Gleichstromnetze in Bürogebäuden die Energieeffizienz zu steigern.

2 Leistungselektronik für Gleichstromtechnik: Dieses Kapitel beschreibt grundlegende leistungselektronische Komponenten wie Gleichrichter und Gleichstromsteller, die für die Umwandlung und Regelung von Gleichspannung unerlässlich sind.

3 Vor- und Nachteile Gleichstrom- gegenüber wechselstromversorgung: Das Kapitel vergleicht die Eigenschaften von Gleich- und Wechselstrom, diskutiert die historische Entwicklung und beleuchtet die sicherheitstechnischen Herausforderungen, insbesondere bei der Lichtbogenbildung.

4 Mögliche Gleichstromquellen für die Gebäudeversorgung: Hier werden diverse Gleichstromquellen evaluiert, wobei Photovoltaik-Anlagen als Vorzugsvariante für die Gebäudeversorgung identifiziert werden.

5 Speichermöglichkeiten: Das Kapitel gibt einen Überblick über Batteriesysteme und die spezifischen Anforderungen an unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) in Gleichstromnetzen.

6 Mögliche Aufbauten von Gleichstromnetzen: Es werden verschiedene Netztopologien analysiert und Ansätze zur effizienten Energieverteilung im Gebäude sowie der aktuelle Forschungsstand dargestellt.

7 Gleichstromanwendung: Dieses Kapitel prüft die Eignung verschiedener Verbraucher (Beleuchtung, IT-Geräte, Motoren) für den direkten Anschluss an ein Gleichstromnetz.

8 Planung der Stromversorgung eines Beispielsbürogebäudes: Das Kapitel führt eine konkrete Dimensionierung einer Photovoltaik-Anlage und eine Leistungsbilanz für ein Büro-Hochhaus in Berlin durch.

9 Zusammenfassung und Ausblick: Abschließend werden die Ergebnisse der Untersuchung reflektiert und das Potenzial für eine energieeffiziente Umsetzung in Bürogebäuden bewertet.

Schlüsselwörter

Gleichstrom, Bürogebäude, Photovoltaik, Energieeffizienz, Leistungselektronik, Schaltlichtbogen, Niederspannungsgleichstromsystem, Batterie, DC-Netz, Stromversorgung, regenerative Energien, Gebäudeautomation, Spannungsebene, Leistungsbilanz, Elektrische Sicherheit

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit untersucht die technische Machbarkeit und die energetischen Vorteile der Implementierung von Gleichstromnetzen in modernen Bürogebäuden.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die Schwerpunkte liegen auf der Leistungselektronik, der Anwendbarkeit von Gleichstrom für verschiedene Verbraucher, dem Schutz gegen Schaltlichtbögen und der Planung einer PV-gestützten Energieversorgung.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Das Ziel ist die Reduzierung von Umwandlungsverlusten durch den Wegfall herkömmlicher Netzteile und die Steigerung der Energieeffizienz gemäß EU-Gebäuderichtlinien.

Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?

Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse, dem Entwurf von Netztopologien und einer mathematischen Dimensionierung einer PV-Anlage mittels spezifischer Kennwerte und Leistungsbilanzen.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil befasst sich mit den Grundlagen der Gleichstromtechnik, den Vor- und Nachteilen im Vergleich zum Wechselstrom, den technologischen Komponenten sowie der praktischen Anwendungsplanung für ein Beispielgebäude.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Gleichstrom, Photovoltaik, Energieeffizienz, Bürogebäude, DC-Netze, Leistungselektronik und Sicherheitstechnik sind die prägenden Begriffe.

Warum ist der Schaltlichtbogen bei Gleichstrom besonders problematisch?

Im Gegensatz zu Wechselstrom gibt es bei Gleichstrom keinen natürlichen Nulldurchgang des Stroms, was das Löschen des Lichtbogens beim Trennen von Kontakten technisch deutlich erschwert.

Wie werden die verschiedenen Spannungsniveaus der Geräte im Gleichstromnetz gehandhabt?

Die Arbeit schlägt ein Konzept mit zentralen oder dezentralen Wandlern vor, wobei die Geräte entsprechend ihrer benötigten Betriebsspannung (z.B. 12V, 24V oder 48V) an die entsprechenden Schienen angeschlossen werden.

Welche Rolle spielt die Photovoltaik-Anlage für das Beispielgebäude?

Die Photovoltaik-Anlage fungiert als primäre regenerative Energiequelle, deren Ertrag für das Gebäude dimensioniert und als Basis für eine wirtschaftliche Energieversorgung bewertet wurde.