Was ist der Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom?

Die wenigsten sind sich bei der täglichen Nutzung des elektrischen Stroms bewusst, dass es nicht nur den haushaltsüblichen Wechselstrom, sondern auch den sogenannten Gleichstrom gibt. Was ist der Unterschied zwischen dem Wechselstrom und Gleichstrom?

Um die Frage zu klären, wie sich Gleichstrom und Wechselstrom unterscheiden, ist es notwendig, die Bewegung der Elektronen genauer unter die Lupe zu nehmen. Genau liegt nämlich der Unterschied von AC und DC Strom. Betrachtet man die beiden Namen genauer, wird schnell offensichtlich um was es geht: Bei Gleichstrom fließen die Elektronen stets in die gleiche Richtung, während sich die Richtung bei Wechselstrom periodisch wechselt. Warum gibt es überhaupt unterschiedliche Stromrichtungen?

Wechselstrom, oft auch als AC (aus dem Englischen: Alternating Current) bezeichnet, ist eine Form von elektrischem Strom, der sich durch die periodisch wechselnde Richtung und Stärke des Stromflusses auszeichnet. Grund hierfür ist das sich entsprechend verändernde Plus- und Minuspol der Spannungsquelle. Diese Richtungsänderung in regelmäßigen Abständen wird auch als Zyklus bezeichnet und als Frequenz gemessen. Die Frequenz wird in Hertz (kurz Hz) ausgegeben und meint die Anzahl der Zyklen pro Sekunde. In Deutschland, aber auch den meisten anderen Ländern liegt diese Frequenz bei 50 Hz, während einige wenige Regionen, wie zum Beispiel die USA mit 60 Hz arbeiten. Wechselstrom ist an seiner sinusförmige Wellenform erkennbar.

Besonders über große Entfernungen ermöglicht Wechselstrom eine effiziente Übertragung von Energie, da dieser leicht transformiert werden kann und so Verluste minimiert werden. Zudem kann diese Art des Stroms kostengünstig erzeugt werden und Haushaltsgeräte sind auf Wechselstrom ausgelegt. Gerade bei hohen Spannungen kann Wechselstrom aber gefährlicher sein, da hier stärkere Schläge verursacht werden. Darüber hinaus kann Wechselstrom für einige elektronische Geräte weniger effizient sein, da viele elektronische Schaltungen Gleichstrom erfordern und daher eine Umwandlung erforderlich ist, was zu Energieverlusten führen kann.

Um Wechselstrom zu erzeugen, muss die Polarität der Spannungsquelle verändert werden. Möglich ist das durch einen Generator, der ein Magnetfeld erzeugt. Dreht sich eine Spule innerhalb dieses Magnetfelds, wird elektrischer Strom erzeugt, der seine Richtung periodisch ändert, das Ergebnis ist Wechselstrom. 

Anders als beim Wechselstrom fließt Gleichstrom, auch als DC (engl. Direct Current) bezeichnet, in eine konstante Richtung und seine Stärke bleibt über die Zeit hinweg gleich. Durch diese Konstanz der immer gleichen Stromrichtung und Stärke ist Gleichstrom besonders für Anwendungen, bei denen eine stabile und gleichmäßige Energieversorgung erforderlich ist, geeignet. Allerdings gibt es neben der konstanten Gleichspannung auch die sogenannte pulsierende Gleichspannung bei der sich Stromspannung und -stärke ändern können. Die Polarität bleibt aber auch hier unverändert.

Gleichstrom hat den Vorteil, dass er eine konstante Richtung und Stärke hat, was ihn ideal für Geräte macht, die stabile Energie erfordern. Dazu zählen zum Beispiel wie (Handy-)Batterien oder auch Solarzellen. Darüber hinaus wird Gleichstrom in der sogenannten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung verwendet, um Verluste bei der Energieübertragung über große Entfernungen zu reduzieren.

Auf der anderen Seite stehen auch diverse Nachteile. Gleichstrom ist schwieriger und teurer über weite Strecken zu übertragen, da er nicht so leicht transformiert werden kann, wie es bei Wechselstrom der Fall ist. Zudem sind Gleichstromgeneratoren deutlich komplexer und teurer in der Herstellung. Gleichstrom bleibt dennoch für viele spezielle Anwendungen und elektronische Geräte unverzichtbar.

Gleichstrom kommt im Alltag vor allem durch die Erzeugung in Solarzellen oder die Ausgabe von zugehörigen Stromspeichern vor. Das Besondere an diesen Spannungsquellen ist, dass ihre Polarität zu jedem Zeitpunkt konstant bleibt. Schließt man eine solche Gleichstromquelle an einen Stromkreis an, zieht der Pluspol die freien Elektronen im elektrischen Leiter an. Dadurch entsteht eine konstante Bewegung der Ladungsträger, was als Gleichstrom bezeichnet wird.

Die Thematik rund um AC- und DC-Strom ist dabei präsenter denn je. Diese Stromarten erfüllen nicht nur eine wichtige Funktion bei der Produktion von Solarenergie, sondern spielen zum Beispiel auch beim Aufladen von E-Autos eine wichtige Rolle. Denn Elektroautos können nur mit Gleichstrom aufgeladen werden. Der haushaltsübliche Strom muss also in jedem Fall in Wechselstrom umgewandelt werden. Dieser Schritt von AC- zu DC-Strom kann entweder über den On-Board-Charger im Elektroauto oder bereits in der Ladestation erfolgen. Je nachdem spricht vom sogenannten AC- oder DC-Laden.

Das Laden mit Wechselstrom sowie Gleichstrom hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Auf der einen Seite ist mit DC-Laden ein schneller Ladevorgang möglich, sodass die Wartezeit an der Ladesäule verkürzt wird. Andererseits sorgt das DC-Laden mit hoher Spannung und Leistung aber auch für ein schnelleres Altern der Batterie. Das langsamere AC-Laden würde den Akku schonender behandeln. 

Gleichstrom kommt vor allem bei Geräten wie Computern, Mobiltelefonen und Fernsehern zum Einsatz, denn diese benötigen konstanten Spannung und Stromrichtung. Gleiches gilt für Batterien, Akkus sowie Solarzellen und E-Autos.

Wechselstrom funktioniert hingegen anders und wird daher vor allem in der Haushaltsstromversorgung, bei der Beleuchtung und zahlreichen industriellen Maschinen und Geräten eingesetzt.

Bei Solaranlagen, ganz egal, ob es sich um eine großflächige PV-Anlage oder ein kompaktes Balkonkraftwerk handelt, ist der Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom ebenfalls relevant. Die Solarzellen beziehungsweise Module erzeugen Gleichstrom. Dieser kann allerdings von den meisten Haushaltsgeräten nicht genutzt werden und zudem weder in das öffentliche, noch in das Haushaltsstromnetz aufgenommen werden. 

Aus diesem Grund muss der Gleichstrom durch einen Wechselrichter zunächst in Wechselstrom umgewandelt werden. Ohne Wechselrichter wäre der Strom also nicht nutzbar. Doch dank kompakter und smarter Mikrowechselrichter lässt sich dieser Schritt längst ohne größeren Aufwand bewältigen.

Für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom wird ein Wechselrichter oder Inverter genutzt. Diese Geräte nutzen elektronische Schalter, wie zum Beispiel Transistoren, um die Richtung des Gleichstroms periodisch zu ändern. Dadurch entsteht ein pulsierender Gleichstrom, welcher durch Filternetzwerke geglättet wird, um so eine sinusförmige Wechselstromwelle zu erzeugen.

Falls zusätzlich notwendig, wird die Spannung durch einen Transformator auf das gewünschte Niveau gebracht. Alle modernen Wechselrichter sind zudem mit intelligenter Steuerungselektronik ausgestattet, die die Ausgangsfrequenz und - spannung zu jedem Zeitpunkt überwachen und bei Bedarf anpassen, um so jederzeit eine stabile Stromversorgung sicherzustellen.

Aus einer haushaltsüblichen Steckdose kommt Wechselstrom, auch AC bzw. Alternating Current genannt. In Deutschland und den meisten anderen Ländern in Europa hat dieser Wechselstrom eine Frequenz von 50 oder 60 Hertz (Hz). Die Spannung variiert je nach Region mit zum Beispiel 230 Volt in Europa und 120 Volt in Nordamerika.

AC steht für Wechselstrom. Der Strom ändert seine Richtung periodisch. Wechselstrom wird in den meisten Haushalten und Industrien verwendet.

DC steht für Gleichstrom. Anders als Wechselstrom (AC) fließt Gleichstrom in eine Richtung. Gleichstrom wird häufig in Batterien, Solarzellen und anderen elektronischen Geräten wie Computern oder Handys verwendet.

Wie der Name bereits andeutet, kombiniert Mischstrom den Gleich- und Wechselstrom. Mischstrom entsteht immer dann, wenn der Wechselstrom durch einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt wird. Liegt Mischstrom vor, dann fließen die Elektronen kontinuierlich in eine Richtung, ähnlich wie bei reinem Gleichstrom. Jedoch variiert hier die Stromstärke, was ihn von herkömmlichem Gleichstrom unterscheidet. Aufgrund dieser besonderen Eigenschaften wird Mischstrom oft als pulsierender Gleichstrom bezeichnet, da die Stromstärke, ähnlich wie beim Wechselstrom, schwankt.

Der Unterschied zwischen den beiden Stromarten Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) liegt hauptsächlich in der Art und Weise, wie der elektrische Strom fließt. Bei Gleichstrom fließt der Strom kontinuierlich in eine Richtung, was ihn ideal für Geräte macht, die eine konstante Spannung benötigen. Dazu zählen Batterien, Solarmodule und elektronische Schaltkreise.

Wechselstrom hingegen ändert periodisch seine Richtung, was ihn besonders effizient für die Übertragung über große Entfernungen macht, da er leicht transformiert werden kann, um Verluste zu minimieren. Wechselstrom ist außerdem der Standard in den meisten Haushalten und industriellen Anwendungen, während Gleichstrom häufig in tragbaren Geräten und speziellen Anwendungen wie Computern verwendet wird. Die Wahl zwischen AC und DC hängt also immer von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab, wobei jede Stromart ihre eigenen Vorteile als auch Nachteile mit sich bringt und daher sorgfältig abgewägt werden muss.