Gelijkspanning als sleutel voor de energietransitie ?

Waarom werd er voor wisselspanning gekozen ?

Nu duurzame energieoplossingen steeds belangrijker worden, staat de vraag centraal hoe we het meest efficiënt kunnen omgaan met onze energie. Een van de technieken die hier een belangrijke bijdrage aan zou kunnen leveren, is gelijkspanning.

De stroom uit het stopcontact werkt op wisselspanning. Een spanning van 230 volt met een frequentie van vijftig hertz. Dit betekent dat de spanning vijftig keer per seconde wisselt tussen positieve en negatieve polariteit. Gelijkspanning heeft geen frequentie. Bij gelijkspanning is er een constante polariteit, positief of negatief. Batterijen, zonnecellen en de meeste elektronische apparaten werken op gelijkspanning.

Wisselspanning is ooit gekozen voor het aanleggen van stroomnetten omdat hoge spanning noodzakelijk was voor het transporteren van stroom over lange afstanden. “De keuze voor wisselspanning werd destijds gemaakt omdat er toen nog geen vermogenselektronica bestond om gelijkspanning effectief te transformeren. Nikola Tesla introduceerde wisselspanningssystemen, waarbij het mogelijk werd om met een transformator de spanning eenvoudig te verhogen of te verlagen. Dit was cruciaal voor het efficiënt transporteren van elektriciteit over lange afstanden.

De voordelen van gelijkspanning

Bijna alle elektriciteitsnetten werken op wisselspanning, terwijl de meeste van onze apparaten op gelijkspanning werken. Om bruikbaar te zijn voor apparaten moet de wisselspanning naar gelijkspanning worden omgevormd. Hierbij gaat een deel van de energie verloren. Zo wordt de gelijkstroom die door zonnepanelen wordt geproduceerd bijvoorbeeld omgevormd tot wisselstroom om teruggeleverd te worden aan het net, waar het vervolgens weer wordt afgenomen en omgevormd tot gelijkspanning om bijvoorbeeld de elektrische auto op te laden of elektrisch te koken.

Daarnaast hoeven kabels voor gelijkspanning minder dik te zijn voor dezelfde hoeveelheid stroom. Een gelijkspanningsnet zou dus een oplossing kunnen bieden om efficiënter gebruik te maken van bestaande kabels en daarmee netcongestie te voorkomen.

Kip-en-ei-probleem

Helaas is het niet mogelijk om in één klap de hele infrastructuur aan te passen. En, omdat er nauwelijks gelijkspanningsnetten zijn, worden er bijna geen apparaten voor ontwikkeld. En zonder gecertificeerde apparaten is het moeilijk om gelijkspanningsnetten te bouwen. Hoewel gelijkspanning efficiënter kan zijn en materialen bespaart, is het lastig om economische schaalvoordelen te bereiken zonder massaproductie.

Een nadeel van een gelijkspanningsnet is namelijk dat het lastiger is om het net te beveiligen tegen kortsluiting. Omdat wisselspanning constant van polariteit wisselt, hebben schakelaars tijd om te reageren op overbelasting en kunnen ze makkelijker afschakelen om schade te voorkomen. Bij gelijkspanning is deze tijd er niet. Maar via een techniek genaamd solid-state elektronica kan er bij gelijkspanning sneller afgeschakeld worden

De toekomst van gelijkspanningsnetten ?

Hoewel de voordelen van gelijkspanning duidelijk zijn, is de overgang van een wisselspanningsnet naar een gelijkspanningsnet een uitdaging. Een idee zou zijn dat om nieuwe infrastructuren die toch al gebouwd moeten worden, zoals oplaadpunten voor elektrische voertuigen of nieuwe zonneparken, direct op gelijkspanning aan te sluiten. Op deze manier kunnen de bestaande wisselspanningsnetten blijven functioneren terwijl de voordelen van gelijkspanning worden benut in nieuwe toepassingen zonder dat deze verder het wisselspanningsnet belasten.

Het is waarschijnlijk niet haalbaar om bestaande netwerken volledig om te schakelen naar gelijkspanning zonder substantiële investeringen en renovaties. Echter, in gebieden waar nog geen elektrische infrastructuur bestaat, zoals in sommige ontwikkelingslanden, kan gelijkspanning vanaf het begin worden ingevoerd, wat een grote stap vooruit zou betekenen voor de efficiëntie en duurzaamheid.