Gleichstrom (DC)

Was unterscheidet Gleichstrom von Wechselstrom?

Gleichstrom fließt konstant in eine Richtung, während bei Wechselstrom Stromrichtung und Spannung periodisch wechseln – im europäischen Verbundnetz üblicherweise mit einer festen Netzfrequenz. Das öffentliche Stromnetz ist historisch als Wechselstromnetz aufgebaut, weil sich Spannungen mit Transformatoren einfach herauf- und heruntertransformieren lassen. Gleichstrom hat dagegen Vorteile bei der verlustarmen Übertragung über sehr lange Distanzen und bei Anwendungen, die ohnehin intern mit Gleichstrom arbeiten, etwa Batterien und elektronische Geräte.

Wo kommt Gleichstrom in der Energiewirtschaft vor?

Gleichstrom ist in mehreren zentralen Bausteinen der Energiewende die native Stromform, auch wenn das öffentliche Netz auf Wechselstrom ausgelegt ist. Deshalb ist an vielen Schnittstellen eine Umwandlung zwischen DC und AC nötig.

• Photovoltaikmodule erzeugen Solarstrom direkt als Gleichstrom auf der sogenannten DC-Seite der Anlage
• Ein Wechselrichter wandelt diesen Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom um, damit er ins Netz eingespeist oder für haushaltsübliche Verbraucher genutzt werden kann
• Batteriespeicher speichern Energie elektrochemisch und nehmen dabei Gleichstrom auf beziehungsweise geben ihn ab; ob ein DC-Optimierer oder ein DC-gekoppelter Speicher zum Einsatz kommt, hängt vom gewählten Anlagenkonzept ab
• Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) transportiert große Strommengen über weite Strecken, etwa bei Nord-Süd-Stromtrassen
• DC-Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge liefern Gleichstrom direkt in die Fahrzeugbatterie

Warum spielt die Wahl zwischen DC- und AC-Kopplung bei Batteriespeichern eine Rolle?

Bei der Kombination aus Photovoltaikanlage und Batteriespeicher stellt sich in der Praxis regelmäßig die Frage, ob der Speicher DC- oder AC-gekoppelt angebunden wird. Ein DC-gekoppelter Speicher ist über Leistungselektronik an die Gleichstromseite beziehungsweise den DC-Zwischenkreis eines Hybridwechselrichters angebunden. Dadurch kann eine zusätzliche AC/DC-Wandlung entfallen. DC/DC-Wandlung, Bereitschaftsverbrauch und Teillastbetrieb verursachen dennoch Verluste; der Gesamtwirkungsgrad hängt vom konkreten System ab. Ein AC-gekoppelter Speicher wird dagegen über einen eigenen Wechselrichter an die Wechselstromseite angeschlossen, was ihn flexibler nachrüstbar macht, etwa wenn eine bestehende PV-Anlage nachträglich um einen Speicher erweitert werden soll. Für Unternehmen und Hausverwaltungen, die eine bestehende Anlage erweitern wollen, ist die AC-Kopplung deshalb oft der pragmatischere Weg, während bei Neuanlagen die DC-Kopplung wirtschaftliche Vorteile bieten kann.

Warum wird für die Fernübertragung zunehmend auf Gleichstrom gesetzt?

Bei der Übertragung sehr großer Strommengen über weite Strecken – etwa zum Transport von Windstrom aus Norddeutschland in industrielle Verbrauchszentren im Süden – kann Gleichstrom gegenüber Wechselstrom geringere Gesamtverluste bieten. Dazu müssen Leitung und Konverter gemeinsam betrachtet werden. Die entsprechenden Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungstrassen sind deshalb ein zentraler Baustein des Netzausbaus im Rahmen der Energiewende. Für Unternehmen mit hohem Stromverbrauch ist das indirekt relevant, weil ein zügiger Ausbau dieser Trassen die Verfügbarkeit von günstigem Windstrom auch in südlichen Regionen verbessert.

Was müssen Unternehmen und Hausverwaltungen bei DC-seitigen Anlagenteilen beachten?

Für Unternehmen und Hausverwaltungen, die eine Photovoltaikanlage oder einen Batteriespeicher betreiben, ist die DC-Seite der Anlage sicherheitstechnisch besonders zu beachten: Gleichstromkreise lassen sich nicht ohne Weiteres wie Wechselstromkreise abschalten, da es keinen natürlichen Nulldurchgang gibt, an dem ein Lichtbogen von selbst erlischt. Deshalb kommen auf der DC-Seite spezielle Schalt- und Schutzelemente zum Einsatz, und Wartungsarbeiten an PV-Strings oder Batteriespeichern erfordern entsprechend geschultes Fachpersonal. Bei der Auslegung von Bestandsanlagen lohnt sich außerdem ein Blick auf DC-Optimierer, die auf Modul- oder Strang-Ebene die Gleichstromausbeute verbessern können, etwa bei teilverschatteten Dachflächen.