eCurrent Technical Notes

Gelijkspanning vs. Wisselspanning

Gelijkspanning of wisselspanning, wat is nu beter voor welke toepassing? Deze Technical Notes beschrijft een aantal adviezen voor het bepalen van de juiste keuze voor professionele toepassingen. Conclusie: systemen op gelijkspanning kunnen lonend zijn.

In de praktijk worden de termen gelijkstroom, wisselstroom, gelijkspanning en wisselspanning vaak door elkaar gebruikt. Het is ook wel enigszins verwarrend. Bij grote projecten wordt meestal over gelijkspanning en wisselspanning gesproken. In principe kunnen de termen ook door elkaar worden gebruikt, hieronder de omschrijving van de vier termen. 

Gelijkstroom (DC = Direct Current) is een elektrische stroom met constante stroomrichting. De sterkte kan toe- of afnemen, maar de richting blijft altijd gelijk. Bij wisselstroom (AC = Alternating Current) gaat de stroom constant in tegengestelde richtingen.

Gelijkspanning is een elektrisch potentiaalverschil tussen twee punten dat in de tijd stabiel blijft. Dit in tegenstelling tot wisselspanning, waarbij het potentiaalverschil meestal met een vaste frequentie wisselt als functie van de tijd.

Waar wordt gelijkspanning toegepast

Gelijkspanning wordt veel toegepast in bijvoorbeeld mobiele en maritieme toepassingen. De toepassing van gelijkspanning is in opkomst, steeds meer apparaten werken inmiddels op gelijkspanning. Niet alleen LED-lampen, elektrische auto’s en laptops, maar ook duurzame opwekkers zoals zonnepanelen en windturbines geven gelijkspanning af. Dus aan de ene kant heb je leveranciers van gelijkspanning en aan de andere kant afnemers die op gelijkspanning werken. 

Energiebesparing: waarom het niet altijd verstandig is om te converteren

Apparaten die gelijkspanning kunnen omzetten naar wisselspanning, zoals omvormers en drivers hebben altijd een bepaald rendement. Doorgaans ligt het rendement, ook wel efficiency genoemd, van bijvoorbeeld een omvormer rond de 92%. Dit betekent dat bij het omvormen van gelijkspanning naar wisselspanning 8% aan warmte verloren gaat tijdens het converteren. Het omvormen van gelijkspanning naar wisselspanning leidt daarmee tot energieverlies. Wanneer met een omvormer wisselspanning gemaakt wordt dan is bij toepassing van LED verlichting een speciale driver benodigd om de wisselspanning weer te converteren naar gelijkspanning. Er dient in dat geval dus twee keer omgevormd te worden. Deze omzetting door de LED driver levert net als bij de omvormer energieverlies op. 

Storingsgevoeligheid van omvormers en drivers

Naast de rendementsverliezen van omvormers en drivers is het verstandig om het aantal componenten binnen een systeem te reduceren. Door het weglaten van omvormers en drivers,  wordt het systeem eenvoudiger en in de meeste situaties daardoor minder storingsgevoelig.

Regelbaar

Gelijkspanning is in het algemeen eenvoudiger regelbaar. Er hoeft namelijk alleen gekeken te worden naar het spanningsniveau en niet naar de frequentie zoals bij wisselspanning. 

AC-installaties

Hebben veelal een hoog kortsluitvermogen. Bij een AC-kortsluiting zal er een hoge kortsluitstroom lopen en zal de zekering veel energie moeten verwerken waardoor hij letterlijk smelt. De actieve geleiders van DC en AC installaties moeten galvanisch (een elektrochemische stroombron. Elektrische stroom wordt geleverd door de chemisch omzetting) gescheiden zijn.

DC-installaties

Bij een DC-installatie kunnen ook hoge kortsluitstromen voorkomen afhankelijk van de voedingsbron en de weerstand van de kabel. Er komen zeker ook DC-installaties voor zonder groot kortsluitvermogen. Denk hierbij aan DC-voedingen die veelal kortsluitvast zijn. Bij een kortsluiting daalt de spanning en ook de stroom waardoor een traditionele zekering niet zal smelten terwijl er wel een kortsluiting is.   

Gelijkspanning is de basis voor ‘smart grids’

Gelijkspanning kan zeer goed overweg met sterk wisselende energiestromen in twee richtingen, zoals we dat zien bij de decentrale energie-opwekking van tegenwoordig. Denk daarbij aan de opwekking met behulp van PV-panelen of een windturbine, die energie opslaat in een 48V accu-pack via een 48VDC-busbar. Op hetzelfde accu-pakket kunnen de 48VDC-busbar worden aangesloten.

Veiligheid

Over het algemeen is wisselspanning gevaarlijker dan gelijkspanning. Dat komt door de sinusvorm. Bij de effectieve spanning van 230V bereikt de sinus een piek van 325V (Umax). DC-spanning is constant en kent geen piek- of effectieve waarden. Daarom geldt een wisselspanning van 50V als veilig, terwijl bij gelijkspanning de grens ligt op 120V. Dat geldt voor droge situaties. Bij natte huid is de veilige spanning de helft lager, dus respectievelijk 25V en 60V. 

Wanneer de keuze voor een AC of DC-versie

Deze keuze zal per project bepaald worden. Uitgangspunten daarbij zijn:

• Implementatiekosten, prijs en return-on-investment (ROI) van het systeem
• Hoe ziet het huidige systeem eruit (generator, omvormer, beschikbaarheid DC-net, 230VAC of 3x400VAC)
• Eisen ten aanzien van de betrouwbaarheid van het systeem
• Eisen ten aanzien van de veiligheid van het systeem 

In zijn algemeenheid zal werken op gelijkspanning DC efficiënter en betrouwbaarder zijn, met een gunstigere ROI. Dat is dus een belangrijke vuistregel. Echter de eenmalige investeringskosten liggen in een aantal gevallen bij DC varianten juist weer wat hoger.

Meer weten over dit onderwerp

Heb je aanvullingen op deze technical notes of wil je meer weten over dit onderwerp? Stuur dan een email met uw vraag naar info@ecurrent.nl