Neben dem Wechselstrom, spielt auch der Gleichstrom eine wichtige Rolle in unserer Stromversorgung. Was Gleichstrom genau ist, welche Formen Gleichstrom hat und welche Vor- und Nachteile Gleichstrom mit sich bringt, erfahren Sie im folgendem Artikel.
Was ist Gleichstrom?
Gleichstrom bezeichnet elektrischen Strom, der immer in dieselbe Richtung fließt. Dahingehend ist Gleichspannung eine elektrische Spannung mit einer konstanten Richtung. Daher anders als beim Wechselstrom, da dieser die Polarität ändert. Die amerikanischen Begriffe für diese beiden Stromarten sind "direct current (dc)" für Gleichstrom und "alternating current (ac)" für Wechselstrom. Dabei ist wichtig anzumerken, dass die Leistung von Spannung und Stromstärke nicht unbedingt konstant sein muss, was bedeutet, dass diese in ihrer Stärke fluktuieren können. Gleichstrom lässt sich sowohl mit Batterien, Brennstoffzellen, als auch mit Gleichstromgeneratoren herstellen. Gleichstrom wird zur Verwendung von Elektrotechnik wie beispielsweise Akkus verwendet. Des Weiteren kann Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden, indem Wechselrichter genutzt werden. Dieses Prinzip funktioniert auch umgekehrt, denn aus Wechselstrom kann mit der Verwendung von Gleichrichtern wieder Gleichstrom produziert werden.
Welche Formen von Gleichstrom gibt es?
Bei Gleichstrom unterscheidet man zwischen zwei verschiedenen Formen, dem konstanten Gleichstrom und dem pulsierenden Gleichstrom. Die Grundlagen sind die Gleichen, denn beide Formen wechseln nicht ihre Polarität. Doch die Frage ist, worin unterscheiden sich die beiden?
Konstanter Gleichstrom
Konstanter Gleichstrom beschreibt die Art des Gleichstroms, in der es keine Fluktuation in der Spannung des Gleichstroms gibt, und sowohl die Stromstärke als auch die Spannung, wie der Name bereits verrät, bleiben auf einem konstantem Stand. Beispielsweise funktionieren Batterien nach diesem Prinzip. Die folgende Grafik zeigt den Prozess von konstantem Gleichstrom:
Pulsierender Gleichstrom
Pulsierender Gleichstrom hat im Unterschied zum konstanten Gleichstrom keine konstante Amplitude und wechselt somit phasenweise in zeitlichen Abständen die Spannung. Im Unterschied zum Wechselstrom ändert der pulsierende Gleichstrom nicht die Polung, was bedeutet, dass diese immer gleich bleibt. Pulsierender Gleichstrom wird vor allem verwendet, wenn man für ein Gerät, welches Wechselspannung verwendet, Gleichstrom braucht. Hierbei wird die Wechselspannung mit Gleichrichtern in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt.
Vor- und Nachteile von Gleichstrom
Vorteile
Erzeugung
Gleichstrom kann aus erneuerbaren Energiequellen wie der Sonnenenergie erzeugt werden. Er verursacht also nur wenig bis gar keine Umweltverschmutzung. Bei der Erzeugung von Wechselstrom handelt es sich meist um komplexe Konstruktionen, die der Umweltverschmutzung ausgesetzt sind, wie beispielsweise thermische Energie oder Kernenergie.
Energieeffizienz
Bei der Gleichstromversorgung sind Größe und Polarität konstant, so dass sie sehr energieeffizient ist. Bei der Wechselstromversorgung ändern sich die Größe und die Polarität mit der Zeit, so dass sie nicht so energieeffizient ist wie die Gleichstromversorgung und es treten Probleme in der Leistung auf.
Energiespeicherung
Ein großer Vorteil von Gleichstrom ist die Energiespeicherung. Denn elektrische Energie kann sehr leicht in einer Batterie oder einem Superkondensator in Form von Gleichstrom gespeichert werden. Wechselstrom hingegen kann nicht gespeichert werden.
Nachteile
Induktivitäts- und Kapazitätseffekt
Der Induktivitäts- und Kapazitätseffekt tritt bei der Gleichstromversorgung nicht auf, daher können einige wichtige Theorien, wie elektromagnetische Induktion und Nebenschluss Reaktanz, nicht für praktische Anwendungen verwendet werden.
Erhöhung der Spannung
Man kann die Gleichspannung nicht auf einfache Weise erhöhen oder verringern. Bei Wechselspannung benötigt man nur einen Transformator, um die Spannung zu erhöhen oder zu verringern, aber bei Gleichspannung ist es sehr komplex. Zunächst muss der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden, um dann die Spannung zu erhöhen oder zu verringern. Bei Erhöhung oder Verringerung der Gleichspannung kommt es zu größeren Leistungsverlusten.
Kosten
Elektrische Maschinen und Geräte wie Gleichstrommotoren und Gleichstrom-Leistungsschalter, die mit Gleichstrom betrieben werden, sind aufgrund ihrer komplexen Konstruktion teurer als Maschinen und Geräte, welche durch Wechselstrom betrieben werden.
Wie wird Gleichstrom im Übertragungsnetz genutzt?
Seit der Energiewende, die das Ziel hat, die Umwelt zu schonen, werden viele Anlagen für erneuerbare Energien gebaut. Diese werden aufgrund des hohen Flächenbedarfs zu großen Teilen in ländlichen Regionen platziert. Dennoch befinden sich die Verbrauchszentren näher in städtischem Raum oder Industriegebieten. Daher ist der Transportweg von erneuerbaren Energien wichtig, zumal dieser größtenteils eine große Distanz mit sich bringt. Daher wird für die Übertragung großer Strommengen Gleichstrom mit hoher Spannung genutzt. Denn dieser hat im Vergleich zum Wechselstrom geringere Leistungsverluste bei der Übertragung. Der einzige negative Aspekt ist hierbei der Kostenpunkt, denn die Übertragung von Gleichstrom ist teurer als der von Wechselstrom.
Fazit
Der Gleichstrom ist eine sehr nützliche Erfindung, vor allem in der alltäglichen Anwendung von kleineren Geräten, wie Taschenlampen, die nach diesem Konzept funktionieren. Dennoch ist der Kostenpunkt von Gleichstrom höher als zum Gegenstück, dem Wechselstrom. Doch auch wie der Wechselstrom hat der Gleichstrom viele Vorteile, wie beispielsweise die Energiespeicherung. Zudem ist er durch seine verlustarme Übertragung ein wichtiger Bestandteil auf dem Strommarkt.
