Seit die Erfindung der Elektrizität im späten 19. Jahrhundert die Welt revolutioniert hat, spielen die beiden grundlegenden Arten von elektrischem Strom, Gleichstrom und Wechselstrom, eine wichtige Rolle in der modernen Welt.
Aber obwohl die meisten Menschen täglich damit in Berührung kommen, ist der Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom vielen völlig unklar. In diesem Artikel schauen wir uns das Thema deswegen etwas genauer an und erklären außerdem, warum die Umwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom überhaupt nötig ist.
Was ist der Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom?
Gleichstrom und Wechselstrom sind die beiden grundlegenden Arten von elektrischem Strom, die in der Elektrotechnik verwendet werden. Beide haben unterschiedliche Eigenschaften und werden je nach Bedarf für verschiedene Zwecke eingesetzt. Gleichstrom (DC) erhält eine konstante Spannung aufrecht und wird häufig in Geräten verwendet, die eine stabile Stromversorgung benötigen, wie zum Beispiel Elektronikgeräte, Sensoren, Elektromotoren und Batterieladegeräte. Wechselstrom (AC) hingegen ist eine Art von elektrischem Strom, der periodisch seine Richtung ändert und in einem Wellenmuster fließt. Es wird normalerweise von Kraftwerken erzeugt und über Stromleitungen an Haushalte und Unternehmen geliefert.
Aber schauen wir uns die beiden Arten von Strom noch etwas genauer an, um den Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom etwas deutlicher zu machen.
Was ist Gleichstrom?
In einem Gleichstromkreis fließt der Strom von einem Punkt mit höherem elektrischen Potential (positiver Pol) zu einem Punkt mit niedrigem elektrischen Potential (negativer Pol). Und zwar so lange, bis die Stromquelle ausgeschaltet oder die Stromversorgung unterbrochen wird.
Gut zu wissen: Die Einheit zur Messung von Gleichstrom ist Ampere (A). Ein einfaches Instrument zur Messung von Gleichstrom ist ein Amperemeter, das in Reihe mit dem Stromkreis geschaltet wird.
Was ist Wechselstrom?
In einem Wechselstromkreis fließt der Strom von einer Wechselstromquelle (z.B. einem Solargenerator) zu einem Verbraucher (z.B. deinem Fernseher) und kehrt dann zur Quelle zurück. Dies geschieht mehrere Male pro Sekunde, wobei die Richtung des Stroms periodisch wechselt. Er wird daher auch als "alternierender Strom" bezeichnet.
Die Einheit zur Messung von Wechselstrom ist auch Ampere (A), genau wie beim Gleichstrom. Ein einfaches Instrument zur Messung von Wechselstrom ist ein Voltmeter, das in Serie mit dem Stromkreis geschaltet wird.
Was sind Vorteile von Wechselstrom?
Den großen Vorteil von Wechselstrom haben wir bereits erwähnt: Er kann über große Entfernungen übertragen werden, ohne dabei signifikante Energieverluste zu erleiden. Das erweist sich als ideal für den Einsatz in Übertragungsleitungen und Stromnetzen. Der Strom passt sich nämlich auf dem Weg von seinem Produktionsort in die verschiedenen Regionen einfach der jeweiligen Spannungsebene der Stromleitung an. Das heißt, in Höchstspannungsleitungen fließt er mit einer Spannung von 380 Volt, in Niederspannungsnetzen sind es nur noch 230 Volt. Das ist dann der Strom, der in deiner Wohnung aus der Steckdose kommt.
Häufig kommt für solch hohe Spannungen Drehstom zum Einsatz.
Was ist Drehstrom?
Drehstrom, auch Dreiphasenstrom genannt, ist eine Form von elektrischer Energie, die aus drei Wechselstrom-Wellen besteht, die um 120 Grad phasenverschoben sind. Im Gegensatz zum einphasigen Wechselstrom, der nur aus einer Sinuswelle besteht, hat Drehstrom drei Sinuswellen, die sich gleichzeitig in einem rotierenden System bewegen. Das bedeutet, dass jeder der drei Ströme abwechselnd positiv und negativ wird. Dreiphasenstrom wird häufig in Verteiler-Stromnetzen eingesetzt, da es eine effiziente Übertragung von Energie über große Entfernungen ermöglicht.
Drehstrom hat mehrere Vorteile gegenüber einphasigem Wechselstrom. Dazu gehören eine höhere Leistungsfähigkeit, eine geringere Verlustleistung und eine bessere Effizienz bei der Übertragung von Strom über große Entfernungen. Aus diesem Grund wird Drehstrom häufig in industriellen Anwendungen und in der Stromversorgung von Großstädten eingesetzt.
Was ist ein Wechselrichter?
Es gibt Fälle, in denen Gleichstrom produziert, aber Wechselstrom benötigt wird. Denn - wie wir nun wissen - werden die meisten elektronischen Geräte, die du im Alltag verwendest, mit Wechselstrom betrieben. Die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ist zum Beispiel erforderlich, um den Strom von erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik-Anlagen zu nutzen, denn die produzieren zunächst Gleichstrom. Es muss also auch bei kleineren Systemen, wie tragbaren Solargeneratoren, eine entsprechende Transformation stattfinden.
Hier kommt der Wechselrichter ins Spiel. Er ist ein wichtiger Bestandteil von Solaranlagen, denn ohne ihn könntest du die Energie, die dein Generator erzeugt, überhaupt gar nicht nutzen.
Es gibt verschiedene Arten von Wechselrichtern, die je nach Größe, Standort, Zweck und Budget verschiedene Vor- und Nachteile haben. Für Solarenergie sind insbesondere Sinus-Wechselrichter und Zentralwechselrichter relevant.
Sinus-Wechselrichter vs. Modifizierter Wechselrichter
Sinus-Wechselrichter erzeugen eine saubere, sinusförmige Wechselspannung, die der Spannung entspricht, die in einem typischen Haushalt oder Unternehmen aus der Steckdose kommt. Sie bieten daher eine qualitativ hochwertige Stromversorgung und sind am besten geeignet für empfindliche elektronische Geräte wie Computer, Fernseher und Hi-Fi-Anlagen.
Alle Solargeneratoren von Bluetti sind mit reinen Sinus-Wechselrichtern ausgestattet, um die bestmögliche Stromversorgung zu ermöglichen.
Modifizierte Sinus-Wechselrichter erzeugen eine quadratische Wellenform. Sie sind günstiger als reine Sinus-Wechselrichter und können daher in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine hochwertige Stromversorgung nicht erforderlich ist. Sie sind am besten geeignet für Geräte mit Motoren wie Kühlschränke, Pumpen und Elektrowerkzeuge.
Zentralwechselrichter
Den Sinus-Wechselrichtern stehen Zentralwechselrichter entgegen, die für besonders große Solaranlagen verwendet werden. Sie kommen ab einer Leistung von etwa 100 kW zum Einsatz und sind zum Beispiel in Solarparks zu finden.
Wie wandelt ein Wechselrichter Gleichstrom in Wechselstrom um?
Achtung, jetzt wird’s ein bisschen komplizierter: Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, indem er den Gleichstrom zuerst in eine pulsierende Gleichspannung (Pulsweitenmodulation) transformiert und diese dann durch einen Filter schickt, um eine sinusförmige Wechselspannung zu erzeugen.
Ein typischer Wechselrichter besteht aus einem oder mehreren Leistungstransistoren (MOSFETs oder IGBTs), die in der Lage sind, die Gleichspannung aus der Gleichstromquelle zu schalten. Die Schaltfrequenz kann in der Regel bis zu einigen Kilohertz betragen.
Der Wechselrichter moduliert die Gleichspannung, indem er die Einschaltzeit der Leistungstransistoren verändert. Dadurch kann er eine modulierte Wechselspannung erzeugen, deren Frequenz und Amplitude von der Einschaltzeit abhängen.
Die erzeugte Wechselspannung wird geglättet, um eine sinusförmige Wechselspannung zu erzeugen, die für die meisten Anwendungen geeignet ist.
Übrigens: Moderne Wechselrichter können auch mit Mikrocontrollern gesteuert werden, die die Einschaltzeit der Leistungstransistoren kontrollieren, um eine präzisere Steuerung der Ausgangswechselspannung zu ermöglichen.
FAQ
Gleichstrom und Wechselstrom
Jetzt weißt du schon ganz schön viel rund ums Thema Gleichstrom und Wechselstrom. Falls dennoch Unklarheiten offen geblieben sind, findest du die Antworten möglicherweise in diesem Kapitel über häufig gestellte Fragen.
Warum ist Wechselstrom für den Menschen gefährlicher als Gleichstrom?
Stromstärken ab 50 mA (Wechselstrom) bzw.120 mA (Gleichstrom) gelten als lebensgefährlich. Allerdings reagiert der Körper unterschiedlich auf die beiden Stromarten. Wechselstrom ist deshalb gefährlicher als Gleichstrom, weil es leichter Herzkammerflimmern auslösen kann.
Aber Achtung: Sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom können für den Menschen gefährlich sein, wenn sie in ausreichend großer Stärke durch den Körper fließen.
Ist Starkstrom Gleichstrom?
Starkstrom bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische Stromstärken, die hoch genug sind, um schwere Verletzungen oder Schäden anrichten zu können. Es gibt jedoch keine universelle Definition für Starkstrom; die Schwelle dafür ist von Land zu Land unterschiedlich. In Deutschland wird Strom in der Regel ab einer Stärke von 1.000 Volt oder einer Leistung von 1.000 Watt als Starkstrom kategorisiert.
Ob es sich dabei um Gleichstrom oder Wechselstrom handelt, ist irrelevant.
Kann man Gleichstrom anfassen?
Wenn man mit Gleichstrom in Berührung kommt, hängen die Auswirkungen davon ab, wie viel Strom fließt, wie lange der Strom durch den Körper fließt und welchen Weg er durch den Körper nimmt.
Ein schwacher Strom kann einen leichten Schmerz verursachen oder ein Kribbeln oder Taubheitsgefühl auslösen, verursacht aber in der Regel keine bleibenden Schäden. Ein stärkerer Strom kann jedoch zu schweren Verletzungen führen, einschließlich Verbrennungen, Muskel- und Gewebeschäden oder sogar zum Tod.
Wechselrichter sind wichtig!
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es bei der Übertragung von elektrischer Energie zwei grundlegende Arten von Strom gibt: Gleichstrom und Wechselstrom. Während Gleichstrom für viele Anwendungen geeignet ist, hat Wechselstrom aufgrund seiner höheren Übertragungseffizienz und Flexibilität eine dominante Rolle in der Energieübertragung und -verteilung eingenommen.
Der Wechselrichter spielt dabei eine entscheidende Rolle, da er in der Lage ist, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Dadurch ermöglicht er den Einsatz von erneuerbaren Energiequellen wie Solarenergie in bestehenden Wechselstrom-Netzen.
Insgesamt ist der Wechselrichter ein unverzichtbares Bauteil für eine nachhaltige Energiezukunft, die auf erneuerbaren Energien und einer intelligenten Vernetzung von Energiequellen und -verbrauchern basiert.
Du willst noch mehr über nachhaltige Stromquellen und Solarenergie lernen? Dann schau doch mal auf unserem Blog vorbei - da gibt’s wertvolle Infos und Tipps!
