Gleichstrom und Gleichspannung

Dieser Artikel behandelt das Thema G wie Gleichstrom und Gleichspannung.

Photovoltaikanlagen, Brennstoffzellen und Blockheizkraftwerke: All diese Systeme erzeugen Gleichstrom. Also elektrischen Strom, der dauerhaft in die gleiche Richtung fließt. Um die Energie im eigenen Haushalt nutzen oder in das öffentliche Stromnetz einspeisen zu können, ist jedoch Wechselstrom erforderlich. Aber was unterscheidet Gleich- und Wechselstrom eigentlich? Warum basieren unsere Stromnetze heute auf Letzterem und warum könnte sich das in Zukunft zumindest teilweise ändern? 

Solarzellen erzeugen Gleichstrom
Solarzelle, Brennstoffzellen, Stromspeicher und Elektroautos: All die Erzeuger, Speicher und Verbraucher setzen auf Gleichstrom // © tantawat – stock.adobe.com

Gleichstrom und Gleichspannung: Was ist das eigentlich? 

Wie einleitend beschrieben, handelt es sich bei Gleichstrom um elektrische Energie, die immer in die gleiche Richtung fließt. Voraussetzung für diesen Stromfluss ist eine Spannung – in diesem Fall eine Gleichspannung mit konstantem Minus- und Pluspol. Dabei befinden sich an einer Stelle mehr negative Ladungsträger als positive. Es entsteht eine sogenannte Potenzialdifferenz, durch die sich die Ladungsträger bewegen möchten. Wenn sie frei sind und eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den unterschiedlich geladenen Bereichen besteht, steht dem auch nichts im Weg. Die negativen Ladungsträger bewegen sich zu den positiven und Strom fließt.

Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand

In der Praxis hängen Spannung (in Volt), Strom (in Ampere) und Widerstand (in Ohm) eng zusammen. Denn je höher die Gleichspannung ist, umso größer ist auch der Stromfluss. Steigt der Widerstand, sinkt jedoch die Stromstärke. Darstellen lässt sich das mit dem Ohm´schen Gesetz.

Das besagt: Spannung = Widerstand x Stromstärke oder kurz: U = R x I.

Erzeugung und Umformung von Gleichstrom mit Wechselrichtern

Viele Energieanlagen setzen heute auf den Strom, der immer in die gleiche Richtung fließt. So zum Beispiel Photovoltaik- oder Windkraftanlagen. Aber auch Brennstoffzellen, BHKWs und Stromspeicher lassen elektrische Energie nur in eine Richtung fließen. Vor dem Einspeisen in das öffentliche oder gebäudeinterne Versorgungsnetz sind daher Wechselrichter erforderlich. Die Bauteile formen Gleichstrom in Wechselstrom um. Gleichrichter ermöglichen den Vorgang genau umgekehrt: Nötig ist das zum Beispiel immer dann, wenn Verbraucher einen Stromspeicher in das Wechselstromnetz einbinden möchten.

Warum basiert unser Stromnetz auf Wechselstrom? 

Im Vergleich zu Wechselstrom, der seine Fließrichtung immer wieder verändert, ist gleich gerichteter Strom sozusagen die natürliche Form des elektronischen Stromflusses. Sie wurde früher von Thomas Edison verfochten und sollte seiner Meinung nach zur Basis unserer Stromnetze werden. Letztlich konnte sich jedoch George Westinghouses Wechselstromkonzept durchsetzen. Der Grund dafür: Damals ließ sich nur Wechselstrom auf verschiedene Spannungsebenen transformieren. Heute ist das auch mit Gleichstrom möglich.

Steigende Bedeutung von gleich gerichtetem Strom

Heute lässt sich auch Gleichstrom auf verschiedene Spannungsebenen transformieren. Ein Grund, aus dem die sogenannte Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) immer mehr an Bedeutung gewinnt. Im Vergleich zur Wechselspannung hat die Gleichspannung dabei einige Vorteile:

  • Strom aus erneuerbaren Energieanlagen oder Stromspeichern muss nicht umgeformt werden.
  • Stromnetze auf Basis von Gleichspannung funktionieren effizienter und sparsamer.
  • Gleichspannungsnetze können Strom zwischen Wechselspannungsnetzen transportieren, ohne diese synchronisieren zu müssen.

So gehen Experten davon aus, dass in Zukunft immer mehr kleine Gleichstromnetze entstehen könnten. Vor allem dann, wenn Photovoltaikanlagen, stromerzeugende Heizungen, Stromspeicher und Elektroautos weiter an Bedeutung gewinnen, könnte das mit erheblichen Einsparungen einhergehen. Denn die Umwandlung von Wechsel- in Gleichspannung ist immer auch mit Verlusten verbunden.

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