Der Unterschied zwischen Gleich- und Wechselstrom

Wer schon einmal einen Blick auf die Rückseite seines Laptop-Netzteils geworfen hat, ist dabei vielleicht über die Abkürzung AC gestolpert. AC steht für „alternating current“. Auf Deutsch bedeutet das „Wechselstrom“. Wechselstrom ist eine Art von elektrischem Strom, bei dem die Elektronen ständig ihre Richtung ändern. Das Gegenteil von AC ist DC, der sogenannte „direct current“ beziehungsweise Gleichstrom. Hier fließen die kleinen Ladungsträger die ganze Zeit über konstant in die gleiche Richtung.

Wechselstrom ändert seine Richtung periodisch, also in festen zeitlichen Abständen. Dabei wechselt die Stromstärke immer wieder vom Plus- zum Minuspol. Optisch kann man sich das etwa so vorstellen:

Im zeitlichen Verlauf entsteht durch das Hin- und Herwechseln zwischen dem Plus- und dem Minuspol eine Sinuskurve:

Wie häufig die Stromrichtung pro Sekunde wechselt, wird dabei mit der Frequenz in der Einheit Hertz (Hz) angegeben. Ein Beispiel: Die Stromnetze in Europa werden mit 50 Hz betrieben. Das bedeutet, die Richtung der Elektronen ändert sich 50-mal pro Sekunde.

Wechselstrom entsteht, wenn eine Spannungsquelle, zum Beispiel ein Generator, ein Magnetfeld erzeugt und eine Spule sich darin dreht. Die Bewegung der Spule erzeugt dann elektrischen Strom, der seine Richtung ständig ändert – also Wechselstrom.

Beim Gleichstrom bewegen sich die Elektronen innerhalb eines Stromleiters immer in die gleiche Richtung, nämlich vom Minuspol zum Pluspol.

Den zeitlichen Verlauf des Gleichstroms kann man sich folglich wie eine gerade Linie vorstellen:

Mit diesen Zeichen werden Gleich- und Wechselstrom dargestellt:

Aus einer haushaltsüblichen Steckdose in Europa kommt Wechselstrom mit einer Spannung von 230 Volt. Für viele Geräte, die mit Wechselstrom verwendet werden, ist diese elektrische Spannung genau ausreichend. Für den Herd mit Backofen, die Wärmepumpe des Hauses oder das E-Auto darf es allerdings gerne etwas mehr sein: Diese Geräte benötigen eine Wechselspannung von 400 Volt und werden deshalb an den Dreiphasenwechselstrom (umgangssprachlich Starkstrom) angeschlossen, der über das Niederspannungsnetz – also das lokale Verteilnetz – zu den Wohngebäuden transportiert wird.

Doch Vorsicht! Starkstromgeräte müssen zwingend an die entsprechenden Starkstromsteckdosen (CEE-Steckdosen) angeschlossen werden. In einer normalen 230-Volt-Steckdose könnten die Kabel wegen der Hitzeentwicklung schmelzen, was im Extremfall zum Kabelbrand führen kann.

Wie oben beschrieben, steckt Gleichstrom vor allem in Batterien und damit auch in allen batteriebetriebenen Geräten. Aber auch viele moderne elektrische Geräte wie Laptops benötigen Gleichstrom. Damit sie trotz des Wechselstroms aus der Steckdose verwendet werden können, kommt ein Netzteil zum Einsatz, das den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Manche Geräte haben auch einen integrierten Akku, der diese Aufgabe übernimmt.

Weil beim Wechselstrom die Stromspannung  sinusförmig zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert mitschwingt, kann er mittels Transformatoren verhältnismäßig einfach an verschiedene Spannungsniveaus angepasst werden. Das hat den Vorteil, dass unser Wechselstromnetz eng miteinander verknüpft ist. Das bedeutet: An jeder beliebigen Stelle im Netz ist eine Ein- oder Ausspeisung von Energie möglich. Dadurch kann eine flächendeckende Stromversorgung sichergestellt werden. Der große Nachteil von Wechselstrom ist jedoch, dass beim Stromtransport über lange Distanzen deutliche Übertragungsverluste auftreten.

Gleichstrom eignet sich hingegen sehr gut, um Energie über große Distanzen zu transportieren. Er wird deshalb beispielsweise auch für die Energieversorgung von Bohrinseln, Förderplattformen oder Windkraftanlagen verwendet. Der Nachteil ist allerdings, dass Gleichstromleitungen nur als Punkt-zu-Punkt-Leitungen – also ohne Abzweigungen beziehungsweise Verknüpfung mit dem Stromnetz – gebaut werden können. An den beiden Endpunkten einer Leitung benötigt es daher sogenannte Konverter oder Wechselrichter, die den Gleichstrom wieder in Wechselstrom umwandeln.

Ein Wechselrichter macht genau das Gegenteil von einem Gleichrichter: Er transformiert Gleichstrom in Wechselstrom. Je nach Schaltung können Wechselrichter für die Erzeugung von einphasigem oder dreiphasigem Wechselstrom ausgelegt sein. Generell besitzen sie jedoch einen elektronischen Schalter, den man sich wie einen klassischen Lichtschalter vorstellen kann: Drückt man ihn einmal, geht das Licht an. Drückt man ihn dann noch einmal, geht das Licht wieder aus. Ein Wechselrichter macht etwas Ähnliches, aber viel schneller. Er schaltet den Gleichstrom sehr schnell zwischen positiv und negativ um, sodass ein hin- und herfließender Wechselstrom erzeugt wird.