Gleichstrom – Wechselstrom: Ein richtungsweisender Unterschied

Ende des 19. Jahrhunderts lieferten sich in den USA zwei Unternehmer ein erbittertes Duell bei der Frage, wie die USA flächendeckend mit Strom versorgt werden sollten. Thomas Edison setzte mit seiner Firma auf die Gleichstromtechnologie; der Elektrounternehmer George Westinghouse plädierte für Wechselstrom. Diese Auseinandersetzung der beiden Unternehmer um die Marktmacht und das Schaffen eines technologischen Standards wurde später als „Stromkrieg“ bezeichnet.

Die technischen Vorteile des Wechselstroms sowie die Umsetzung einiger großer Unternehmungen mit Wechselstrom in den USA und Europa verhalfen diesem letztendlich zum Siegeszug.

Bis heute sind Wechselstromnetze weltweit Standard. Aus einer Haushaltssteckdose in Europa fließt Wechselstrom mit einer Spannung von 230 Volt. Mit der Entwicklung komplexer Elektronik und dem Ausbau der erneuerbaren Energien spielt Gleichstrom aber eine genauso wichtige Rolle bei der Energieversorgung.

Gleichstrom (Englisch: Direct Current, DC) ist elektrischer Strom, der immer in die gleiche Richtung fließt. Die elektrisch geladenen Teilchen (Elektronen) wandern dabei von Minus zu Plus. Das liegt daran, dass Elektronen negativ geladen sind und daher vom negativen Pol abgestoßen und vom positiven Pol angezogen werden.

Gleichstrom erzeugen zum Beispiel Batterien und Akkus. Dabei laufen spezielle chemische Reaktionen ab. Auch Solaranlagen produzieren Gleichstrom. In einer Solarzelle setzen Photonen (Lichtteilchen) die Elektronen im Silizium frei, die dann zum Pluspol wandern.

Wegen seiner konstanten Spannung eignet sich Gleichstrom ideal für empfindliche Elektronik. Und weil er in Akkus und anderen Batterien steckt, versorgt er auch batteriebetriebene Geräte.

Im Gegensatz zum Gleichstrom ändern die Elektronen beim Wechselstrom (Englisch: Alternating Current, AC) periodisch die Richtung. In Europa geschieht das mit einer Frequenz von 50 Hertz. Das bedeutet, der Strom wechselt 50 Mal pro Sekunde seine Richtung.

Die Erzeugung von Wechselstrom geschieht zum Beispiel mit Generatoren in Kraftwerken. Dabei dreht sich ein Magnet in einer Spule (oder umgekehrt). Mit jeder Drehung um 180 Grad ändert sich die Polarität – und damit die Fließrichtung der Elektronen. Fachleute nennen das elektromagnetische Induktion. Auch ein Fahrrad-Dynamo funktioniert auf diese Weise.

Wechselstrom ist der Allrounder in der Energieversorgung.

• Strom-Verteilnetz: Die Spannung von Wechselstrom ist mithilfe von Transformatoren flexibel regelbar. Auf diese Weise ist es möglich, an jeder Stelle des Stromnetzes Energie einzuspeisen und anzuzapfen. Das ist die Voraussetzung für eine flächendeckende Stromversorgung. Im Unterschied zum Übertragungsnetz leitet unser Verteilnetz ausschließlich Wechselstrom.

• Haushaltsgeräte: Kaffeemaschinen, Toaster oder Kühlschränke nutzen Wechselstrom direkt aus der Steckdose. 

• Leistungsintensive Geräte: Für besonders leistungshungrige Geräte wie Elektroherd, Sauna oder spezielle Industrieanlagen gibt es 400-Volt-Anschlüsse (statt der haushaltsüblichen 230-Volt-Anschlüsse). Du erkennst sie an den Steckern mit drei Kontakten. Solche Geräte laufen mit Dreiphasenwechselstrom, auch bekannt als Starkstrom. 

Der wesentliche Unterschied zwischen Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC) ist die Fließrichtung: Die elektrische Ladung von Gleichstrom fließt konstant in eine Richtung. Bei Wechselstrom oszillieren die Elektronen periodisch und in stetiger Wiederholung hin und her – sie wechseln ständig ihre Richtung. Wechselstrom ist das, was aus unseren Haushaltssteckdosen kommt.

Eine Solaranlage erzeugt nur Gleichstrom. Aber wie kannst du den dann überhaupt im Haus nutzen? Weder dein Smart-TV noch dein Toaster können damit etwas anfangen. Musst du also erst dafür sorgen, den Unterschied zwischen Wechselstrom und Gleichstrom mit speziellen Anlagen auszugleichen?

Keine Sorge, mit einer PV-Anlage auf dem Dach holst du dir keine Mehrarbeit ins Haus. Die integrierte Technik der PV-Anlage übernimmt diesen Prozess vollautomatisch für dich. Und zwar mithilfe eines Wechselrichters.

Das Wechselrichter-Prinzip funktioniert auch in die andere Richtung, und zwar mit einem sogenannten Gleichrichter. Der wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um. Das passiert beispielsweise im integrierten Netzteil deines Smart-TVs. Ja, das bedeutet, dass die PV-Anlage Gleichstrom erzeugt und direkt in Wechselstrom umwandelt. Nur in dieser Form kann dein TV-Gerät seinen Strom aus der Steckdose beziehen. Aber intern wandelt es den Wechselstrom sofort wieder in Gleichstrom um. Kurios, aber nötig, damit empfindliche Bauteile wie Prozessor und Speicher keinen Schaden nehmen.

Eine Solaranlage produziert jeden Tag kostenlos Strom für dich, und das ganze AC/DC-Management übernimmt sie auch automatisch. Gemeinsam mit einem Stromspeicher liefert dir eine Solaranlage also die optimale Lösung, um über Jahrzehnte selbst Strom zu produzieren und so wenig wie möglich Netzstrom zu beziehen.

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