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Gleichstrom

Gleichstrom ist ein elektrischer Strom, der immer in der gleichen Richtung fließt – anders als Wechselstrom. Entsprechend ist Gleichspannung eine elektrische Spannung mit konstanter Richtung. Die Beträge von Spannung und Stromstärke müssen jedoch nicht unbedingt konstant sein; sie können z. B. in ihrer Stärke pulsieren.

Gleichstrom lässt sich erzeugen mit Batterien, Brennstoffzellen und Photovoltaikmodulen, aber auch mit Gleichstromgeneratoren. Er wird benötigt z. B. zum Betrieb elektronischer Geräte, von Gleichstrommotoren und zur Elektrolyse.

Gleichstrom kann aus Wechsel- oder Drehstrom mit Hilfe von Gleichrichtern gewonnen werden. Umkehrt kann aus Gleichstrom mit Hilfe von Wechselrichtern wieder Wechselstrom oder Drehstrom hergestellt werden, wobei die Technik hier allerdings etwas aufwendiger und verlustreicher ist als die von Gleichrichtern. Zumindest große Umrichter und Gleichrichter können jedoch mit sehr hoher Energieeffizienz realisiert werden.

Gleichstrom in Konkurrenz zu Wechselstrom

In der Anfangszeit der Elektrifizierung gab es einen mit harten Bandagen geführten Kampf um die Frage, ob die aufzubauenden Stromnetze auf Gleichstrom oder Wechselstrom basieren sollen. Thomas Edison verfocht sein Konzept des Gleichstromnetzes, unter anderem mit dem Hinweis auf höhere Stromschlagsgefahren bei Wechselstrom. Trotzdem setzte sich das Konzept des Wechselstromnetzes von Westinghouse durch, obwohl Gleichstrom an sich die "natürliche Lösung" für die meisten Verbraucher wäre. Der Hauptgrund dafür ist, dass sich Wechselstrom leicht mit Transformatoren auf andere Spannungsniveaus bringen ("umspannen") lässt. Für Gleichstrom gab es diese Möglichkeit damals nicht. Heute jedoch bietet die moderne Leistungselektronik attraktive und effiziente Lösungen hierfür. Deswegen wird zunehmend versucht, die Vorteile von Gleichstrom zu nutzen:

• Hochspannungsleitungen arbeiten heute zwar meistens mit Drehstrom, also dreiphasigem Wechselstrom. Für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über große Entfernungen mit großer Leistung wird jedoch zunehmend auch die Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) verwendet. Dies vermeidet diverse Probleme z. B. mit Blindströmen (besonders bei Unterseekabeln) und ermöglicht die Übertragung mit geringeren Energieverlusten. Ebenfalls kann damit auf einfache Weise Energie zwischen verschiedenen Wechselstromnetzen ausgetauscht werden, ohne diese in der Frequenz synchronisieren zu müssen. Auch ein Supergrid, in diesem Falle ein vermaschtes Stromnetz, würde aller Voraussicht nach mit Gleichstrom funktionieren.
• Auch für die lokale Verteilung elektrischer Energie gibt es Bestrebungen, neue Systeme für Gleichstrombetrieb einzusetzen. Selbst wenn hier erst einmal Gleichstrom mit einem Gleichrichter aus dem Wechselstrom gewonnen werden muss, ist dies effizienter, als für viele kleine Geräte einzelne Gleichrichter einzusetzen. Besondere Chancen scheint das Gleichstrom-Konzept für spezielle Anwendungen wie Rechenzentren zu haben, bei denen eine batteriegestützte unterbrechungsfreie Stromversorgung mit Gleichstrom wesentlich einfacher und verlustärmer, also auch energiesparender realisiert werden kann.

Die generelle Umstellung des Verbundnetzes auf Gleichstrom erscheint dagegen als eine extrem schwierige Aufgabe, da sehr viel von der existierenden Infrastruktur aufwendig umgerüstet werden müsste. Durchaus möglich ist dagegen, dass zunehmend kleine Teilnetze für Gleichstrom aufgebaut werden, etwa auch im Zusammenhang mit der zunehmenden Nutzung der Photovoltaik sowie von Elektroautos.

Siehe auch: elektrische Stromstärke, elektrische Spannung, elektrische Energie, Wechselstrom, Drehstrom, Gleichrichter, Stromnetz, Hochspannungsleitung, Hochspannungs-Gleichstromübertragung