Leistungselektronik Grundlagen Gleichstrom

Gleichstrom spielt in der Technik eine zentrale Rolle. Ob im Elektrofahrzeug oder im Smartphone. Kaum ein Produkt kommt heute noch ohne Gleichstrom aus. Aber was genau ist Gleichstrom, und wie unterscheidet sich Gleichstrom von anderen Formen der elektrischen Energie?

Elektrischer Strom kommt entweder in Form von Gleichstrom (DC) oder Wechselstrom (AC) vor. Haushalte setzen auf Wechselstrom, da dieser sich als Standard durchgesetzt hat, doch die meisten Geräte arbeiten zumindest intern mit Gleichstrom.

Was ist Gleichstrom?

Gleichstrom (englisch: Direct Current, kurz DC) bezeichnet elektrischen Strom, der in eine einzige Richtung fließt. Wechselstrom (englisch: Alternating Current, kurz AC) hingegen ändert die Stromrichtung periodisch. Die Richtung des Stromflusses wird durch die Spannung bestimmt, welche bei Gleichstrom konstant bleibt. Gleichstrom kommt vor allem bei Batterie-Anwendungen und beispielsweise Solarzellen vor. In diesen Quellen wird Energie chemisch oder durch Sonnenlicht in eine konstante elektrische Spannung umgewandelt. Wechselstrom hingegen wird durch Generatoren erzeugt und kann im Anschluss gleichgerichtet werden.

Gleichstrom oder Gleichspannung?

Die Begriffe Gleichstrom und Gleichspannung werden oft synonym verwendet. Sie beziehen sich jedoch auf unterschiedliche Aspekte der elektrischen Energie. Während der Gleichstrom den Fluss der Elektronen beschreibt, steht die Gleichspannung (englisch: Direct Voltage) für die Kraft hinter diesem Fluss. Ohne Spannung würde kein Strom fließen.

Einfach gesagt: Es gibt es einen kausalen Zusammenhang. Die Gleichspannung ist die Ursache, der Gleichstrom die Wirkung.

Gleichstromnetze

Die steigende Nachfrage nach effizienteren Energieübertragungs- und Verteilungsmethoden machen Gleichstromnetze zunehmend wichtiger. Hochspannungs-Gleichstromübertragung (High Voltage Direct Current, HVDC) ist bei der Übertragung von elektrischer Energie über lange Strecken besonders effizient. Hier treten im Gegensatz zu Wechselstromübertragungen geringere Verluste auf, da der Skin-Effekt und induktive Verluste minimiert werden.

HVDC wird häufig eingesetzt, um Offshore-Windparks mit dem Festland zu verbinden. Hier wird der Wechselstrom der Anlagen erst in Gleichstrom umgewandelt und dann effizient transportiert. Des Weiteren vereinfachen Gleichstromnetze die Integration von erneuerbaren Energien. Eine Synchronisation mit der Netzfrequenz und die Stabilisierung dieser Frequenz entfällt.

Warum setzen Fabriken auf Gleichstromnetze?

In modernen Fabriken setzt man zunehmend auf interne Gleichstromnetze. Sie ermöglichen zum einen eine direkte Integration von erneuerbaren Energiequellen wie Solar- oder Batteriesystemen. Zum anderen setzen viele industrielle Geräte und Maschinen wie Robotersysteme oder industrielle Steuerungen auf Gleichstrom. Mit einem internen Gleichstromnetz entfallen somit ineffiziente Umrichter. Außerdem wird die Produktion skalierbarer und flexibler mit Hinblick auf Industrie-4.0-Anwendungen.

Fazit

Auch wenn das Prinzip des Gleichstroms viele Jahre alt ist, steckt diese immer noch in fast allen Geräten. Der Unterschied zwischen Gleichstrom und Gleichspannung sollte außerdem für das Verständnis der Grundlagen der Elektrotechnik vorhanden sein.  (mr)

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