VORWORT
Die Menschheit hat seit der Entdeckung der Elektrizität und ihrer weitverbreiteten Nutzung als „Strom“ und „elektrische Energie“ einen langen Weg zurückgelegt. Besonders bemerkenswert ist die Debatte um Wechsel- und Gleichstrom. Die Protagonisten waren zwei Genies unserer Zeit: Edison und Tesla. Interessanterweise ist diese Debatte aus der Perspektive der heutigen Menschen im 21. Jahrhundert jedoch noch nicht endgültig entschieden.

Obwohl heutzutage von der Stromerzeugung bis hin zu elektrischen Transportsystemen im Prinzip alles mit Wechselstrom betrieben wird, ist Gleichstrom in vielen Elektrogeräten und Endgeräten allgegenwärtig. Insbesondere die in den letzten Jahren immer beliebter werdende Lösung der „Gleichstrom-Hausversorgung“ kombiniert IoT-Technologie und künstliche Intelligenz und bietet so eine solide Grundlage für ein intelligentes Zuhause. Folgen Sie dem Charging Head Network unten, um mehr über Gleichstrom-Hausversorgung zu erfahren.

HINTERGRUNDEINLEITUNG

Gleichstrom (DC) im gesamten Haus ist ein elektrisches System, das in Häusern und Gebäuden Gleichstrom nutzt. Das Konzept des „Ganzhaus-Gleichstroms“ entstand vor dem Hintergrund, dass die Schwächen herkömmlicher Wechselstromsysteme immer deutlicher wurden und dem Thema CO₂-arme Technologien und Umweltschutz zunehmend Bedeutung beigemessen wird.

TRADITIONELLES KLIMAANLAGENSYSTEM

Das weltweit am häufigsten genutzte Stromversorgungssystem ist derzeit das Wechselstromsystem. Es handelt sich dabei um ein System zur Energieübertragung und -verteilung, das auf Stromflussänderungen basiert, die durch die Wechselwirkung elektrischer und magnetischer Felder hervorgerufen werden. Im Folgenden werden die wichtigsten Funktionsweisen eines Wechselstromsystems erläutert:

GeneratorAusgangspunkt eines Stromversorgungssystems ist der Generator. Ein Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Das Grundprinzip besteht darin, durch das Schneiden von Drähten mit einem rotierenden Magnetfeld eine induzierte elektromotorische Kraft zu erzeugen. In Wechselstromnetzen werden üblicherweise Synchrongeneratoren eingesetzt, deren Rotoren durch mechanische Energie (z. B. Wasser, Gas, Dampf) angetrieben werden, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen.

WechselstromerzeugungDas rotierende Magnetfeld im Generator bewirkt eine Änderung der induzierten elektromotorischen Kraft in den elektrischen Leitern und erzeugt so Wechselstrom. Die Frequenz des Wechselstroms beträgt üblicherweise 50 Hz oder 60 Hz pro Sekunde, abhängig von den Netzstandards in den jeweiligen Regionen.

Transformator-Aufwärtswandlung: Wechselstrom durchläuft in Stromleitungen Transformatoren. Ein Transformator ist ein Gerät, das das Prinzip der elektromagnetischen Induktion nutzt, um die Spannung eines elektrischen Stroms zu verändern, ohne dessen Frequenz zu verändern. Bei der Stromübertragung lässt sich Hochspannungswechselstrom leichter über lange Strecken transportieren, da er die durch den Widerstand verursachten Energieverluste reduziert.

Übertragung und VerteilungHochspannungswechselstrom wird über Übertragungsleitungen zu verschiedenen Orten transportiert und dort mittels Transformatoren auf die jeweiligen Anwendungsbereiche heruntertransformiert. Solche Übertragungs- und Verteilungssysteme ermöglichen den effizienten Transfer und die Nutzung elektrischer Energie zwischen verschiedenen Anwendungen und Standorten.

Anwendungen von WechselstromIm Endverbraucherbereich wird Wechselstrom an Haushalte, Unternehmen und Industrieanlagen geliefert. Dort wird er zum Betrieb verschiedenster Geräte genutzt, darunter Beleuchtung, elektrische Heizungen, Elektromotoren, elektronische Geräte und vieles mehr.

Generell wurden Wechselstromsysteme Ende des letzten Jahrhunderts aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile, wie z. B. stabiler und steuerbarer Wechselstrom und geringerer Leitungsverluste, zum Standard. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technik hat sich das Problem der Leistungswinkelbalance in Wechselstromsystemen jedoch verschärft. Die Weiterentwicklung von Stromversorgungssystemen führte zur Entwicklung zahlreicher Leistungselektronikgeräte wie Gleichrichter (zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom) und Wechselrichter (zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom). Auch die Steuerungstechnik von Umrichterventilen ist mittlerweile sehr ausgereift, und die Abschaltgeschwindigkeit von Gleichstrom steht der von Wechselstrom-Leistungsschaltern in nichts nach.

Dadurch werden viele Nachteile des DC-Systems nach und nach beseitigt, und die technische Grundlage für eine DC-Hausinstallation ist geschaffen.

EUMWELTFREUNDLICHES UND CO2-ARMES KONZEPT

In den letzten Jahren haben Umweltschutzfragen angesichts der zunehmenden globalen Klimaprobleme, insbesondere des Treibhauseffekts, immer mehr an Bedeutung gewonnen. Da die dezentrale Hausvernetzung (DC) besser mit erneuerbaren Energiesystemen kompatibel ist, bietet sie herausragende Vorteile bei der Energieeinsparung und Emissionsreduzierung und stößt daher auf wachsendes Interesse.

Darüber hinaus kann das Gleichstromsystem aufgrund seiner „Direkt-zu-Direkt“-Schaltungsstruktur viele Bauteile und Materialien einsparen und entspricht außerdem sehr gut dem Konzept von „kohlenstoffarm und umweltfreundlich“.

Konzept der intelligenten Haussteuerung

Grundlage für den Einsatz von DC-Systemen im ganzen Haus ist die Anwendung und Förderung von Hausintelligenz. Anders ausgedrückt: Die Anwendung von DC-Systemen im Innenbereich basiert im Wesentlichen auf Intelligenz und ist ein wichtiges Mittel zur Realisierung von Hausintelligenz.

Smart Home bezeichnet die Vernetzung verschiedener Haushaltsgeräte und -systeme mithilfe fortschrittlicher Technologien und intelligenter Systeme. Ziel ist die zentrale Steuerung, Automatisierung und Fernüberwachung, wodurch Komfort, Sicherheit und Energieeffizienz im Haushalt verbessert werden.

GRUNDLAGEN

Die Implementierungsprinzipien intelligenter Haussysteme umfassen viele Schlüsselaspekte, darunter Sensortechnik, intelligente Geräte, Netzwerkkommunikation, intelligente Algorithmen und Steuerungssysteme, Benutzerschnittstellen, Sicherheits- und Datenschutzmaßnahmen sowie Softwareaktualisierungen und -wartung. Diese Aspekte werden im Folgenden detailliert erläutert.

Sensortechnologie

Die Grundlage eines intelligenten Hausautomationssystems bilden verschiedene Sensoren, die die Wohnumgebung in Echtzeit überwachen. Zu den Umweltsensoren gehören Temperatur-, Feuchtigkeits-, Licht- und Luftqualitätssensoren, die die Bedingungen in Innenräumen erfassen. Bewegungsmelder sowie magnetische Tür- und Fenstersensoren erkennen menschliche Bewegungen und den Status von Türen und Fenstern und liefern so wichtige Daten für Sicherheit und Automatisierung. Rauch- und Gassensoren überwachen Brände und schädliche Gase und tragen so zur Erhöhung der Sicherheit im Haus bei.

Smart-Gerät

Verschiedene intelligente Geräte bilden das Herzstück des Smart-Home-Systems. Intelligente Beleuchtung, Haushaltsgeräte, Türschlösser und Kameras lassen sich alle über das Internet fernsteuern. Diese Geräte sind über drahtlose Kommunikationstechnologien (wie WLAN, Bluetooth und ZigBee) mit einem einheitlichen Netzwerk verbunden, sodass Nutzer ihre Geräte jederzeit und überall über das Internet steuern und überwachen können.

Telekommunikation

Die Geräte des intelligenten Haussystems sind über das Internet vernetzt und bilden so ein intelligentes Ökosystem. Netzwerkkommunikationstechnologie gewährleistet das reibungslose Zusammenspiel der Geräte und ermöglicht gleichzeitig die komfortable Fernsteuerung. Über Cloud-Dienste können Nutzer aus der Ferne auf die Haussysteme zugreifen, um den Gerätestatus zu überwachen und zu steuern.

Intelligente Algorithmen und Steuerungssysteme

Mithilfe von künstlicher Intelligenz und Algorithmen des maschinellen Lernens analysiert und verarbeitet das intelligente Haussteuerungssystem die von Sensoren erfassten Daten. Diese Algorithmen ermöglichen es dem System, die Gewohnheiten der Nutzer zu erlernen, den Betriebszustand der Geräte automatisch anzupassen und intelligente Entscheidungen zu treffen sowie die Steuerung zu optimieren. Durch die Festlegung von geplanten Aufgaben und Auslösebedingungen kann das System Aufgaben in bestimmten Situationen automatisch ausführen und so seinen Automatisierungsgrad erhöhen.

Benutzeroberfläche

Um die Bedienung des intelligenten Hausautomationssystems zu vereinfachen, stehen verschiedene Benutzerschnittstellen zur Verfügung, darunter mobile Apps, Tablets und Computer. Über diese Schnittstellen können Nutzer ihre Geräte bequem fernsteuern und überwachen. Zusätzlich ermöglicht die Sprachsteuerung die Bedienung von Smart-Home-Geräten per Sprachbefehl über Sprachassistenten-Apps.

VORTEILE DER GANZHAUS-DC

Die Installation von Gleichstromsystemen in Privathaushalten bietet viele Vorteile, die sich in drei Aspekten zusammenfassen lassen: hohe Energieübertragungseffizienz, hohe Integration erneuerbarer Energien und hohe Gerätekompatibilität.

EFFIZIENZ

Erstens arbeiten die in Innenräumen verwendeten Geräte häufig mit niedriger Spannung, und Gleichstrom benötigt keine häufige Spannungswandlung. Durch den reduzierten Einsatz von Transformatoren lassen sich Energieverluste effektiv verringern.

Zweitens sind die Verluste in Leitungen und Drähten bei der Übertragung von Gleichstrom relativ gering. Da sich der Widerstandsverlust bei Gleichstrom nicht mit der Stromrichtung ändert, lässt er sich effektiver steuern und reduzieren. Dadurch kann Gleichstrom in bestimmten Anwendungsfällen, wie z. B. bei der Kurzstreckenübertragung und in lokalen Stromversorgungssystemen, eine höhere Energieeffizienz aufweisen.

Schließlich wurden mit der Weiterentwicklung der Technologie neue elektronische Wandler und Modulationstechnologien eingeführt, um die Energieeffizienz von Gleichstromsystemen zu verbessern. Effiziente elektronische Wandler können Energieumwandlungsverluste reduzieren und die Gesamtenergieeffizienz von Gleichstromsystemen weiter steigern.

INTEGRATION ERNEUERBARER ENERGIEN

Im intelligenten Haussystem wird auch erneuerbare Energie genutzt und in elektrische Energie umgewandelt. Dies entspricht nicht nur dem Umweltschutz, sondern nutzt auch die Struktur und den Raum des Hauses optimal zur Sicherstellung der Energieversorgung. Im Gegensatz dazu lassen sich Gleichstromsysteme leichter mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie integrieren.

GERÄTEKOMPATIBILITÄT

Das Gleichstromsystem ist besser mit elektrischen Geräten in Innenräumen kompatibel. Viele Geräte wie LED-Leuchten, Klimaanlagen usw. werden heutzutage mit Gleichstrom betrieben. Dadurch lassen sich Gleichstromsysteme einfacher intelligent steuern und verwalten. Dank fortschrittlicher Elektronik kann der Betrieb von Gleichstromgeräten präziser gesteuert und ein intelligentes Energiemanagement realisiert werden.

ANWENDUNGSBEREICHE

Die vielen Vorteile des soeben genannten Gleichstromsystems kommen nur in bestimmten Anwendungsbereichen voll zur Geltung. Dazu gehört insbesondere der Innenraumbereich, weshalb die Gleichstromversorgung für das ganze Haus in modernen Innenräumen ihre Stärken ausspielt.

WOHNHAUS

In Wohngebäuden können Gleichstromsysteme für das gesamte Haus viele elektrische Geräte effizient mit Energie versorgen. Beleuchtungssysteme sind ein wichtiger Anwendungsbereich. LED-Beleuchtungssysteme, die mit Gleichstrom betrieben werden, können Energieumwandlungsverluste reduzieren und die Energieeffizienz verbessern.

Darüber hinaus kann Gleichstrom auch zur Stromversorgung von Haushaltsgeräten wie Computern, Handyladegeräten usw. verwendet werden. Diese Geräte selbst sind Gleichstromgeräte, die keine zusätzlichen Energieumwandlungsschritte benötigen.

GEWERBEGEBÄUDE

Auch Büros und Gewerbeflächen in Bürogebäuden können von hausweiten Gleichstromsystemen profitieren. Die Gleichstromversorgung von Bürogeräten und Beleuchtungssystemen trägt zur Verbesserung der Energieeffizienz und zur Reduzierung von Energieverschwendung bei.

Einige gewerbliche Geräte und Anlagen, insbesondere solche, die Gleichstrom benötigen, können auch effizienter arbeiten, wodurch die Energieeffizienz von Gewerbegebäuden insgesamt verbessert wird.

INDUSTRIELLE ANWENDUNGEN

Im industriellen Bereich können Gleichstromsysteme für Produktionsanlagen und Werkstätten eingesetzt werden. Einige Industrieanlagen nutzen Gleichstrom. Die Verwendung von Gleichstrom kann die Energieeffizienz verbessern und Energieverschwendung reduzieren. Dies zeigt sich besonders deutlich beim Einsatz von Elektrowerkzeugen und Werkstattausrüstung.

Ladesysteme für Elektrofahrzeuge und Energiespeichersysteme

Im Transportwesen können Gleichstromsysteme zum Laden von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, um die Ladeeffizienz zu steigern. Darüber hinaus lassen sich Gleichstromsysteme für ganze Häuser in Batteriespeichersysteme integrieren, um Haushalten effiziente Energiespeicherlösungen zu bieten und die Energieeffizienz weiter zu verbessern.

Informationstechnologie und Kommunikation

Im Bereich der Informationstechnologie und Kommunikation sind Rechenzentren und Kommunikationsbasisstationen ideale Anwendungsszenarien für hausweite Gleichstromsysteme. Da viele Geräte und Server in Rechenzentren Gleichstrom benötigen, tragen Gleichstromsysteme zur Verbesserung der Gesamtleistung des Rechenzentrums bei. Auch Kommunikationsbasisstationen und -geräte können Gleichstrom nutzen, um die Energieeffizienz des Systems zu steigern und die Abhängigkeit von herkömmlichen Stromnetzen zu reduzieren.

Komponenten des gesamten Haus-Gleichstromsystems

Wie wird also ein Gleichstromsystem für ein ganzes Haus aufgebaut? Zusammenfassend lässt sich das Gleichstromsystem für ein ganzes Haus in vier Teile unterteilen: Gleichstromerzeugungsquelle, angeschlossenes Energiespeichersystem, Gleichstromverteilungssystem und angeschlossene elektrische Geräte.

DC Energiequelle

In einem Gleichstromsystem bildet die Gleichstromquelle den Ausgangspunkt. Anders als bei herkömmlichen Wechselstromsystemen stützt sich die Gleichstromversorgung eines Hauses in der Regel nicht ausschließlich auf einen Wechselrichter zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom, sondern nutzt externe, erneuerbare Energien als alleinige oder primäre Energiequelle.

Beispielsweise wird eine Schicht Solarpaneele an der Außenwand des Gebäudes angebracht. Das Licht wird von den Paneelen in Gleichstrom umgewandelt und anschließend im Gleichstromverteilungssystem gespeichert oder direkt an die Endgeräte weitergeleitet. Alternativ kann die Anlage auch an der Außenwand des Gebäudes oder eines Raumes installiert werden. Auf dem Dach kann eine kleine Windkraftanlage errichtet werden, die ebenfalls Gleichstrom erzeugt. Wind- und Solarenergie sind derzeit die gängigsten Gleichstromquellen. Zukünftig könnten weitere hinzukommen, doch benötigen alle diese Energiequellen Umrichter zur Umwandlung in Gleichstrom.

DC ENERGIESPEICHERSYSTEM

Im Allgemeinen wird der von Gleichstromquellen erzeugte Gleichstrom nicht direkt an die Endgeräte übertragen, sondern in einem Gleichstromspeichersystem gespeichert. Benötigt ein Gerät Strom, wird dieser aus dem Speichersystem entnommen und zur Stromversorgung im Gebäude bereitgestellt.

Das Gleichstrom-Energiespeichersystem fungiert wie ein Reservoir, das die aus der Gleichstromquelle umgewandelte elektrische Energie aufnimmt und kontinuierlich an die Endgeräte abgibt. Da die Gleichstromübertragung zwischen der Gleichstromquelle und dem Gleichstrom-Energiespeichersystem erfolgt, kann der Einsatz von Wechselrichtern und vielen anderen Geräten reduziert werden. Dies senkt nicht nur die Kosten der Schaltungsentwicklung, sondern verbessert auch die Systemstabilität.

Daher ist das DC-Energiespeichersystem für das ganze Haus dem DC-Lademodul von Elektrofahrzeugen ähnlicher als das herkömmliche „DC-gekoppelte Solarsystem“.

Wie in der obigen Abbildung dargestellt, muss das herkömmliche „DC-gekoppelte Solarsystem“ Strom in das Stromnetz einspeisen und benötigt daher zusätzliche Wechselrichtermodule. Das „DC-gekoppelte Solarsystem“ mit Hausstromversorgung hingegen benötigt weder Wechselrichter noch Aufwärtswandler, Transformatoren oder andere Geräte und zeichnet sich durch hohe Effizienz und Energieeffizienz aus.

DC Stromverteilungssystem

Das Herzstück eines hausweiten Gleichstromsystems ist das Gleichstromverteilungssystem, das in Häusern, Gebäuden und anderen Einrichtungen eine entscheidende Rolle spielt. Dieses System ist für die Verteilung des Stroms von der Quelle zu den verschiedenen Endgeräten verantwortlich und gewährleistet so die Stromversorgung aller Bereiche des Hauses.

WIRKUNG

Energieverteilung: Das Gleichstromverteilungssystem ist für die Verteilung elektrischer Energie von Energiequellen (wie Solarmodulen, Energiespeichersystemen usw.) an verschiedene elektrische Geräte im Haushalt zuständig, darunter Beleuchtung, Haushaltsgeräte, elektronische Geräte usw.

Verbesserung der Energieeffizienz: Durch Gleichstromverteilung lassen sich Energieumwandlungsverluste reduzieren und somit die Energieeffizienz des Gesamtsystems steigern. Insbesondere in Kombination mit Gleichstromgeräten und erneuerbaren Energiequellen kann elektrische Energie effizienter genutzt werden.

Unterstützt Gleichstromgeräte: Einer der Schlüssel zu einem Gleichstromsystem für das ganze Haus ist die Unterstützung der Stromversorgung von Gleichstromgeräten, wodurch der Energieverlust durch die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom vermieden wird.

BILDEN

Gleichstromverteiler: Der Gleichstromverteiler ist ein zentrales Gerät, das den Strom von Solaranlagen und Energiespeichersystemen an verschiedene Stromkreise und Geräte im Haus verteilt. Er enthält Komponenten wie Gleichstrom-Leistungsschalter und Spannungsstabilisatoren, um eine stabile und zuverlässige Verteilung der elektrischen Energie zu gewährleisten.

Intelligentes Steuerungssystem: Um eine intelligente Energieverwaltung und -steuerung zu erreichen, sind hausweite Gleichstromsysteme üblicherweise mit intelligenten Steuerungssystemen ausgestattet. Diese können Funktionen wie Energiemonitoring, Fernsteuerung und automatisierte Szenarioeinstellung umfassen, um die Gesamtleistung des Systems zu verbessern.

Gleichstromsteckdosen und -schalter: Um mit Gleichstromgeräten kompatibel zu sein, müssen die Steckdosen und Schalter in Ihrem Zuhause über Gleichstromanschlüsse verfügen. Diese Steckdosen und Schalter können mit Gleichstromgeräten verwendet werden und gewährleisten gleichzeitig Sicherheit und Komfort.

DC ELEKTRISCHE AUSRÜSTUNG

Es gibt so viele Geräte für den Innenbereich, die mit Gleichstrom betrieben werden, dass eine vollständige Auflistung hier unmöglich ist; eine grobe Kategorisierung ist nur möglich. Zuvor müssen wir jedoch klären, welche Geräte Wechselstrom und welche Gleichstrom benötigen. Generell gilt: Leistungsstarke Elektrogeräte benötigen höhere Spannungen und sind mit Motoren hoher Last ausgestattet. Solche Geräte werden mit Wechselstrom betrieben, beispielsweise Kühlschränke, ältere Klimaanlagen, Waschmaschinen, Dunstabzugshauben usw.

Es gibt auch elektrische Geräte, die keinen Hochleistungsmotorantrieb benötigen und bei denen die Präzisions-integrierten Schaltkreise nur bei mittleren und niedrigen Spannungen arbeiten und eine Gleichstromversorgung verwenden, wie z. B. Fernseher, Computer und Tonbandgeräte.

Die obige Unterscheidung ist natürlich nicht sehr umfassend. Viele leistungsstarke Geräte können heutzutage auch mit Gleichstrom betrieben werden. So gibt es beispielsweise frequenzvariable Klimaanlagen mit Gleichstrommotoren, die leiser arbeiten und energiesparender sind. Generell hängt die Frage, ob ein elektrisches Gerät mit Wechsel- oder Gleichstrom betrieben wird, von seiner internen Konstruktion ab.

PPraktischer Fall von DC für das ganze Haus

Hier sind einige Beispiele für „Ganzhaus-DC“ aus aller Welt. Es zeigt sich, dass es sich dabei im Wesentlichen um CO₂-arme und umweltfreundliche Lösungen handelt. Dies verdeutlicht, dass der Hauptantrieb für „Ganzhaus-DC“ nach wie vor der Umweltschutz ist und intelligente DC-Systeme noch einen langen Weg vor sich haben.

Das emissionsfreie Haus in Schweden

Zhongguancun Demonstrationszone Projekt für neue Energiegebäude

Das Zhongguancun-Projekt für neue Energiegebäude ist ein Demonstrationsprojekt der Stadtverwaltung Chaoyang in Peking, China, mit dem Ziel, umweltfreundliches Bauen und die Nutzung erneuerbarer Energien zu fördern. In diesem Projekt werden einige Gebäude mit Gleichstromsystemen für das gesamte Haus ausgestattet, die mit Solaranlagen und Energiespeichern kombiniert werden, um die Gleichstromversorgung zu gewährleisten. Dieser Ansatz zielt darauf ab, die Umweltbelastung des Gebäudes zu reduzieren und die Energieeffizienz durch die Integration neuer Energien und Gleichstromversorgung zu verbessern.

Nachhaltiges Wohnbauprojekt für die Expo 2020 in Dubai, VAE

Auf der Expo 2020 in Dubai wurden mehrere Projekte vorgestellt, die nachhaltige Energiehäuser mit erneuerbaren Energien und zentralen Gleichstromsystemen nutzen. Ziel dieser Projekte ist die Verbesserung der Energieeffizienz durch innovative Energielösungen.

Japanisches DC-Mikronetz-Experimentierprojekt

In Japan haben einige experimentelle Mikronetzprojekte damit begonnen, Gleichstromsysteme für ganze Häuser einzusetzen. Diese Systeme werden mit Solar- und Windenergie betrieben und versorgen Haushaltsgeräte und andere Anlagen mit Gleichstrom.

Das Energiezentrum-Haus

Das Projekt, eine Kooperation zwischen der London South Bank University und dem britischen National Physical Laboratory, hat zum Ziel, ein Nullenergiehaus zu schaffen. Das Haus nutzt Gleichstrom in Kombination mit Photovoltaik- und Energiespeichersystemen für eine effiziente Energienutzung.

RELEVANT INDUSTRIEVERBÄNDE

Die Technologie der intelligenten Hausstromversorgung wurde Ihnen bereits vorgestellt. Sie wird von verschiedenen Branchenverbänden unterstützt. Charging Head Network hat relevante Branchenverbände ermittelt. Im Folgenden stellen wir Ihnen die Verbände vor, die sich mit der intelligenten Hausstromversorgung befassen.

AUFLADUNG 

FCA

Die FCA (Fast Charging Alliance), chinesisch „Guangdong Terminal Fast Charging Industry Association“, wurde 2021 gegründet. Die Schnellladetechnologie ist eine Schlüsseltechnologie für die breite Anwendung der neuen Generation elektronischer Informationstechnologien (einschließlich 5G und künstlicher Intelligenz). Im globalen Trend zur Klimaneutralität trägt Schnellladen dazu bei, Elektroschrott und Energieverschwendung zu reduzieren und so einen Beitrag zum Umweltschutz und zur nachhaltigen Entwicklung der Branche zu leisten. Es bietet Millionen von Verbrauchern ein sichereres und zuverlässigeres Ladeerlebnis.

Um die Standardisierung und Industrialisierung der Schnellladetechnologie für Endgeräte zu beschleunigen, haben die Akademie für Informations- und Kommunikationstechnologie, Huawei, OPPO, vivo und Xiaomi gemeinsam mit allen Akteuren der Schnellladetechnologie-Wertschöpfungskette – von Komplettgeräten über Chips und Messgeräte bis hin zu Ladegeräten und Zubehör – eine Initiative ins Leben gerufen. Die Vorbereitungen beginnen Anfang 2021. Die Gründung des Verbandes soll dazu beitragen, eine Interessengemeinschaft entlang der Wertschöpfungskette zu schaffen, eine industrielle Basis für Design, Forschung und Entwicklung, Fertigung, Prüfung und Zertifizierung von Schnellladetechnologien für Endgeräte zu etablieren, die Entwicklung von elektronischen Kernkomponenten, High-End-Chips, wichtigen Basismaterialien und anderen Bereichen voranzutreiben und innovative Industriecluster für Endgeräte von Weltrang zu schaffen.

Die FCA fördert hauptsächlich den UFCS-Standard. UFCS steht für Universal Fast Charging Specification (Universal-Schnellladespezifikation) und heißt auf Chinesisch Fusion Fast Charging Standard. Es handelt sich um eine neue Generation integrierter Schnellladetechnologie, die von der Academy of Information and Communications Technology, Huawei, OPPO, vivo und Xiaomi sowie zahlreichen Endgeräte- und Chipherstellern und Industriepartnern wie Silicon Power, Rockchip, Lihui Technology und Angbao Electronics entwickelt wurde. Ziel der Vereinbarung ist die Formulierung integrierter Schnellladestandards für mobile Endgeräte, die Behebung von Inkompatibilitäten zwischen verschiedenen Schnellladetechnologien und die Schaffung einer schnellen, sicheren und kompatiblen Ladeumgebung für Endnutzer.

Aktuell hat die UFCS ihre zweite Testkonferenz abgehalten, in deren Rahmen der „Vorabtest zur Einhaltung der Vorschriften durch Mitgliedsunternehmen“ und der „Kompatibilitätstest für Endgerätehersteller“ abgeschlossen wurden. Durch Tests und den anschließenden Erfahrungsaustausch wurden Theorie und Praxis miteinander verbunden, um die Inkompatibilität beim Schnellladen zu überwinden, die gesunde Entwicklung des Schnellladens von Endgeräten zu fördern und gemeinsam mit zahlreichen qualifizierten Zulieferern und Dienstleistern entlang der Wertschöpfungskette die Standards für Schnellladetechnologien weiterzuentwickeln. Dies trägt zur Industrialisierung der UFCS bei.

USB-IF

Die 1994 von Intel und Microsoft initiierte internationale Standardisierungsorganisation „USB-IF“ (USB Implementers Forum) ist eine gemeinnützige Organisation, die von einer Gruppe von Unternehmen gegründet wurde, die die Spezifikation des Universal Serial Bus (USB) entwickelten. USB-IF dient als Unterstützungsorganisation und Forum für die Entwicklung und Verbreitung der USB-Technologie. Das Forum fördert die Entwicklung hochwertiger, kompatibler USB-Peripheriegeräte und wirbt für die Vorteile von USB sowie die Qualität von Produkten, die die Konformitätsprüfung bestehen.ng.

Die von USB-IF eingeführte Technologie für USB existiert derzeit in mehreren technischen Spezifikationen. Die neueste Version ist USB4 2.0. Die maximale Datenübertragungsrate dieses Standards wurde auf 80 Gbit/s erhöht. Er verwendet eine neue Datenarchitektur, unterstützt den USB-PD-Schnellladestandard, und auch die USB-Typ-C-Schnittstelle sowie die Kabelstandards werden aktualisiert.

WPC

Der vollständige Name des WPC lautet Wireless Power Consortium, der chinesische Name ist „Wireless Power Consortium“. Es wurde am 17. Dezember 2008 gegründet und ist die weltweit erste Standardisierungsorganisation zur Förderung der drahtlosen Ladetechnologie. Stand Mai 2023 zählte das WPC 315 Mitglieder. Die Mitglieder des Konsortiums arbeiten mit dem gemeinsamen Ziel zusammen, die vollständige Kompatibilität aller drahtlosen Ladegeräte und Stromquellen weltweit zu gewährleisten. Zu diesem Zweck haben sie zahlreiche Spezifikationen für die drahtlose Schnellladetechnologie entwickelt.

Da sich die Technologie des drahtlosen Ladens stetig weiterentwickelt, hat sich ihr Anwendungsbereich von mobilen Endgeräten auf viele neue Bereiche ausgeweitet, darunter Laptops, Tablets, Drohnen, Roboter, vernetzte Fahrzeuge und intelligente, drahtlose Küchen. WPC hat eine Reihe von Standards für verschiedene Anwendungen des drahtlosen Ladens entwickelt und pflegt diese, darunter:

Qi-Standard für Smartphones und andere tragbare Mobilgeräte.

Der Ki-Standard für drahtloses Laden von Küchengeräten unterstützt eine Ladeleistung von bis zu 2200 W.

Der LEV-Standard (Light Electric Vehicle) macht das kabellose Laden von leichten Elektrofahrzeugen wie E-Bikes und E-Scootern zu Hause und unterwegs schneller, sicherer, intelligenter und bequemer.

Industrieller Standard für drahtloses Laden zur sicheren und komfortablen drahtlosen Energieübertragung zum Laden von Robotern, AGVs, Drohnen und anderen industriellen Automatisierungsmaschinen.

Mittlerweile sind über 9.000 Qi-zertifizierte Produkte zum kabellosen Laden auf dem Markt. WPC überprüft die Sicherheit, Interoperabilität und Eignung der Produkte über sein Netzwerk unabhängiger, autorisierter Prüflaboratorien weltweit.

KOMMUNIKATION

CSA

Die Connectivity Standards Alliance (CSA) ist eine Organisation, die Standards für Smart-Home-Anwendungen entwickelt, zertifiziert und fördert. Ihr Vorgänger ist die 2002 gegründete Zigbee Alliance. Im Oktober 2022 wird die Zahl der Mitgliedsunternehmen der Allianz auf über 200 steigen.

CSA bietet Standards, Tools und Zertifizierungen für IoT-Innovatoren, um das Internet der Dinge zugänglicher, sicherer und benutzerfreundlicher zu gestalten¹. Die Organisation hat sich zum Ziel gesetzt, das Branchenbewusstsein für die Sicherheit von Cloud Computing und digitalen Technologien der nächsten Generation zu stärken und Best Practices in diesem Bereich zu entwickeln. CSA-IoT vereint weltweit führende Unternehmen, um offene Standards wie Matter, ZigBee, IP usw. sowie Standards in Bereichen wie Produktsicherheit, Datenschutz, intelligente Zutrittskontrolle und mehr zu entwickeln und zu fördern.

ZigBee ist ein von der CSA Alliance entwickelter IoT-Verbindungsstandard. Es handelt sich um ein drahtloses Kommunikationsprotokoll für drahtlose Sensornetzwerke (WSN) und IoT-Anwendungen. Es basiert auf dem IEEE-802.15.4-Standard, arbeitet im 2,4-GHz-Frequenzband und zeichnet sich durch geringen Stromverbrauch, niedrige Komplexität und Nahbereichskommunikation aus. Das von der CSA Alliance geförderte Protokoll findet breite Anwendung in Smart Homes, der industriellen Automatisierung, dem Gesundheitswesen und weiteren Bereichen.

Eines der Designziele von ZigBee ist die zuverlässige Kommunikation zwischen einer großen Anzahl von Geräten bei gleichzeitig niedrigem Stromverbrauch. Es eignet sich für Geräte, die lange Zeit batteriebetrieben sein müssen, wie beispielsweise Sensorknoten. Das Protokoll bietet verschiedene Topologien, darunter Stern-, Maschen- und Clusterbaumstrukturen, und ist somit an Netzwerke unterschiedlicher Größe und mit verschiedenen Anforderungen anpassbar.

ZigBee-Geräte können automatisch selbstorganisierende Netzwerke bilden, sind flexibel und anpassungsfähig und reagieren dynamisch auf Änderungen der Netzwerktopologie, wie das Hinzufügen oder Entfernen von Geräten. Dadurch ist ZigBee in der Praxis einfacher zu implementieren und zu warten. Insgesamt bietet ZigBee als offenes Standardprotokoll für drahtlose Kommunikation eine zuverlässige Lösung zum Verbinden und Steuern verschiedener IoT-Geräte.

Bluetooth SIG

1996 planten Ericsson, Nokia, Toshiba, IBM und Intel die Gründung eines Branchenverbands. Diese Organisation war die „Bluetooth Technology Alliance“, kurz „Bluetooth SIG“. Gemeinsam entwickelten sie eine Technologie für drahtlose Kurzstreckenverbindungen. Das Entwicklerteam hoffte, dass diese Technologie die Arbeit in verschiedenen Industriezweigen koordinieren und vereinheitlichen würde – vergleichbar mit dem Erfolg von Bluetooth. Daher erhielt die Technologie den Namen Bluetooth.

Bluetooth (Bluetooth-Technologie) ist ein drahtloser Kommunikationsstandard mit kurzer Reichweite und geringem Stromverbrauch, der sich für verschiedene Geräteverbindungen und Datenübertragungen eignet und einfaches Pairing, Mehrpunktverbindungen und grundlegende Sicherheitsfunktionen bietet.

Bluetooth (Bluetooth-Technologie) ermöglicht drahtlose Verbindungen für Geräte im Haus und ist ein wichtiger Bestandteil der drahtlosen Kommunikationstechnologie.

SPARKLINK-VERBAND

Am 22. September 2020 wurde die Sparklink Association offiziell gegründet. Die Spark Alliance ist ein global ausgerichtetes Branchenbündnis. Ihr Ziel ist die Förderung von Innovation und industriellem Ökosystem der neuen Generation drahtloser Kurzstreckenkommunikationstechnologie SparkLink sowie die rasche Entwicklung neuer Anwendungsszenarien wie Smart Cars, Smart Homes, Smart Terminals und Smart Manufacturing, um höchste Leistungsanforderungen zu erfüllen. Derzeit zählt die Association über 140 Mitglieder.

Die von der Sparklink Association entwickelte drahtlose Kurzstreckenkommunikationstechnologie trägt den Namen SparkLink (chinesisch: Star Flash). Sie zeichnet sich durch extrem niedrige Latenz und höchste Zuverlässigkeit aus. Dank ultrakurzer Frame-Struktur, Polar-Codec und HARQ-Wiederholungsmechanismus erreicht SparkLink eine Latenz von 20,833 Mikrosekunden und eine Zuverlässigkeit von 99,999 %.

WI-FICH BÜNDUNG

Die Wi-Fi Alliance ist eine internationale Organisation, die sich aus zahlreichen Technologieunternehmen zusammensetzt und sich der Förderung der Entwicklung, Innovation und Standardisierung drahtloser Netzwerktechnologie verschrieben hat. Die Organisation wurde 1999 gegründet. Ihr Hauptziel ist es, die Kompatibilität von Wi-Fi-Geräten verschiedener Hersteller zu gewährleisten und dadurch die Verbreitung und Nutzung drahtloser Netzwerke zu fördern.

Wi-Fi (Wireless Fidelity) ist eine Technologie, die hauptsächlich von der Wi-Fi Alliance gefördert wird. Als drahtlose LAN-Technologie dient sie der Datenübertragung und Kommunikation zwischen elektronischen Geräten mittels drahtloser Signale. Sie ermöglicht es Geräten (wie Computern, Smartphones, Tablets, Smart-Home-Geräten usw.), Daten innerhalb einer begrenzten Reichweite auszutauschen, ohne dass eine physische Verbindung erforderlich ist.

Die WLAN-Technologie nutzt Funkwellen, um Verbindungen zwischen Geräten herzustellen. Durch diese drahtlose Übertragung entfällt die Notwendigkeit physischer Verbindungen, sodass sich Geräte innerhalb einer bestimmten Reichweite frei bewegen können, ohne die Netzwerkverbindung zu verlieren. WLAN verwendet verschiedene Frequenzbänder zur Datenübertragung. Die am häufigsten verwendeten Frequenzbänder sind 2,4 GHz und 5 GHz. Diese Frequenzbänder sind in mehrere Kanäle unterteilt, über die Geräte kommunizieren können.

Die Geschwindigkeit von WLAN hängt vom Standard und Frequenzband ab. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie hat sich die WLAN-Geschwindigkeit von anfänglich einigen hundert Kilobit pro Sekunde (Kbps) auf heute mehrere Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) erhöht. Verschiedene WLAN-Standards (wie 802.11n, 802.11ac, 802.11ax usw.) unterstützen unterschiedliche maximale Übertragungsraten. Zusätzlich werden Datenübertragungen durch Verschlüsselung und Sicherheitsprotokolle geschützt. WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2) und WPA3 sind gängige Verschlüsselungsstandards, die WLAN-Netzwerke vor unbefugtem Zugriff und Datendiebstahl schützen.

SSTANDARDISIERUNG UND BAUVORKEHRUNGEN

Ein wesentliches Hindernis bei der Entwicklung von Gleichstrom-Haussystemen ist das Fehlen weltweit einheitlicher Normen und Bauvorschriften. Da herkömmliche elektrische Gebäudeinstallationen üblicherweise mit Wechselstrom betrieben werden, erfordern Gleichstrom-Haussysteme neue Standards für Planung, Installation und Betrieb.

Fehlende Standardisierung kann zu Inkompatibilitäten zwischen verschiedenen Systemen führen, die Auswahl und den Austausch von Geräten erschweren und die Markteinführung sowie die Verbreitung behindern. Auch die mangelnde Anpassungsfähigkeit an Bauvorschriften stellt eine Herausforderung dar, da die Bauindustrie häufig auf traditionellen Wechselstrom-Systemen basiert. Daher kann die Einführung eines Gleichstromsystems für ein ganzes Haus Anpassungen und eine Neudefinition der Bauvorschriften erfordern, was Zeit und gemeinsame Anstrengungen in Anspruch nehmen wird.

EWirtschaftskosten und Technologiewechsel

Die Installation eines flächendeckenden Gleichstromsystems kann mit höheren Anfangskosten verbunden sein, unter anderem für fortschrittlichere Gleichstromgeräte, Batteriespeicher und Gleichstrom-geeignete Haushaltsgeräte. Diese zusätzlichen Kosten sind möglicherweise ein Grund dafür, dass viele Verbraucher und Bauherren zögern, flächendeckende Gleichstromsysteme einzuführen.

Darüber hinaus sind herkömmliche Wechselstromgeräte und -infrastrukturen so ausgereift und weit verbreitet, dass die Umstellung auf ein Gleichstromsystem für das gesamte Haus einen umfassenden Technologiewechsel erfordert. Dieser beinhaltet die Neuplanung der Elektroinstallation, den Austausch von Geräten und die Schulung des Personals. Diese Umstellung könnte zusätzliche Investitions- und Arbeitskosten für bestehende Gebäude und Infrastrukturen verursachen und somit die Geschwindigkeit der Einführung von Gleichstromsystemen für das gesamte Haus begrenzen.

DKompatibilität von Elektrofahrzeugen und Marktzugang

Um den reibungslosen Betrieb von Haushaltsgeräten, Beleuchtung und anderen Geräten zu gewährleisten, müssen Gleichstromsysteme für das ganze Haus mit mehr Geräten auf dem Markt kompatibel werden. Aktuell sind viele Geräte noch wechselstrombasiert, und die Förderung von Gleichstromsystemen für das ganze Haus erfordert die Zusammenarbeit mit Herstellern und Lieferanten, um mehr gleichstromkompatible Geräte auf den Markt zu bringen.

Es besteht zudem Bedarf an einer Zusammenarbeit mit Energieversorgern und Stromnetzbetreibern, um eine effektive Integration erneuerbarer Energien und deren Anbindung an konventionelle Netze zu gewährleisten. Probleme hinsichtlich Gerätekompatibilität und Marktzugang können die breite Anwendung von Gleichstromsystemen für ganze Häuser beeinträchtigen und erfordern daher mehr Konsens und Kooperation innerhalb der Wertschöpfungskette.

SMARKT UND NACHHALTIG

Eine der zukünftigen Entwicklungsrichtungen von Hausstromsystemen liegt in der stärkeren Betonung von Intelligenz und Nachhaltigkeit. Durch die Integration intelligenter Steuerungssysteme können Hausstromsysteme den Stromverbrauch präziser überwachen und steuern und so individuelle Energiemanagementstrategien ermöglichen. Das System passt sich dynamisch an den Haushaltsbedarf, die Strompreise und die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien an, um die Energieeffizienz zu maximieren und die Energiekosten zu senken.

Gleichzeitig beinhaltet die nachhaltige Entwicklung von Gleichstromsystemen für ganze Häuser die Integration eines breiteren Spektrums erneuerbarer Energiequellen, darunter Solar- und Windenergie, sowie effizientere Energiespeichertechnologien. Dies trägt zum Aufbau eines umweltfreundlicheren, intelligenteren und nachhaltigeren Stromversorgungssystems für Privathaushalte bei und fördert die zukünftige Entwicklung von Gleichstromsystemen für ganze Häuser.

SStandardisierung und industrielle Zusammenarbeit

Um die breitere Anwendung von Gleichstromsystemen für ganze Häuser zu fördern, ist die Stärkung der Standardisierung und der industriellen Zusammenarbeit ein weiterer Entwicklungsansatz. Die Etablierung global einheitlicher Standards und Spezifikationen kann die Kosten für Systemdesign und -implementierung senken, die Gerätekompatibilität verbessern und somit die Marktexpansion fördern.

Darüber hinaus ist die Zusammenarbeit der Industrie ein Schlüsselfaktor für die Entwicklung von Gleichstrom-Haussystemen. Alle Beteiligten – Bauherren, Elektroingenieure, Gerätehersteller und Energieversorger – müssen zusammenarbeiten, um ein durchgängiges industrielles Ökosystem zu bilden. Dies trägt zur Gerätekompatibilität bei, verbessert die Systemstabilität und fördert technologische Innovationen. Durch Standardisierung und industrielle Kooperation sollen Gleichstrom-Haussysteme reibungsloser in bestehende Gebäude und Stromversorgungssysteme integriert werden und ein breiteres Anwendungsgebiet finden.

SZUSAMMENFASSUNG

Gleichstrom-Haussysteme sind ein aufstrebendes Stromverteilungssystem, das im Gegensatz zu herkömmlichen Wechselstromsystemen das gesamte Gebäude mit Gleichstrom versorgt – von der Beleuchtung bis hin zu elektronischen Geräten. Gleichstrom-Haussysteme bieten gegenüber herkömmlichen Systemen entscheidende Vorteile hinsichtlich Energieeffizienz, Integration erneuerbarer Energien und Gerätekompatibilität. Erstens können sie durch die Reduzierung der Energieumwandlungsschritte die Energieeffizienz verbessern und Energieverschwendung verringern. Zweitens lässt sich Gleichstrom leichter mit Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien wie Solaranlagen integrieren und bietet so eine nachhaltigere Stromversorgung für Gebäude. Darüber hinaus kann die Nutzung eines Gleichstrom-Haussystems bei vielen Gleichstromgeräten die Energieumwandlungsverluste reduzieren und die Leistung und Lebensdauer der Geräte erhöhen.

Die Anwendungsbereiche von Gleichstrom-Haussystemen sind vielfältig und umfassen Wohngebäude, Gewerbegebäude, Industrieanlagen, erneuerbare Energiesysteme, Elektromobilität usw. In Wohngebäuden können Gleichstrom-Haussysteme zur effizienten Stromversorgung von Beleuchtung und Haushaltsgeräten eingesetzt werden und so die Energieeffizienz verbessern. In Gewerbegebäuden trägt die Gleichstromversorgung von Bürogeräten und Beleuchtungssystemen zur Reduzierung des Energieverbrauchs bei. Im Industriesektor können Gleichstrom-Haussysteme die Energieeffizienz von Produktionsanlagen steigern. Bei erneuerbaren Energiesystemen lassen sich Gleichstrom-Haussysteme leichter in Anlagen wie Solar- und Windenergieanlagen integrieren. Im Bereich der Elektromobilität können Gleichstrom-Stromverteilungssysteme zum Laden von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden und so die Ladeeffizienz verbessern. Die stetige Erweiterung dieser Anwendungsbereiche deutet darauf hin, dass Gleichstrom-Haussysteme zukünftig eine praktikable und effiziente Option für Gebäude- und Elektrosysteme darstellen werden.

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