Strom ist nicht gleich Strom. Es gibt zwei grundlegend verschiedene Arten, wie elektrischer Strom fliessen kann – und beide begegnen uns täglich. Die eine steckt in jeder Batterie, die andere kommt aus der Steckdose.
Gleichstrom: immer in eine Richtung
Beim Gleichstrom fliessen die Elektronen kontinuierlich in dieselbe Richtung. Die Spannung bleibt konstant, der Fluss ist gleichmässig.
Eine kleine Präzisierung für Neugierige: Physikalisch gesehen fliessen Elektronen vom Minus- zum Pluspol. In der Elektrotechnik hat sich jedoch historisch die umgekehrte Konvention eingebürgert – die «technische Stromrichtung» zeigt von Plus nach Minus. Für das Verständnis im Alltag spielt dieser Unterschied keine Rolle.
Gleichstrom liefern Batterien und Akkus. Auch viele elektronische Geräte – Laptops, Smartphones, LED-Lampen – arbeiten intern mit Gleichstrom. Das Ladegerät wandelt den Wechselstrom aus der Steckdose dafür erst um.
Wechselstrom: die Richtung wechselt
Beim Wechselstrom wechseln die Elektronen ihre Bewegungsrichtung – und zwar sehr schnell. In der Schweiz passiert das 100-mal pro Sekunde. Gezählt wird aber nicht der einzelne Richtungswechsel, sondern der volle Zyklus: einmal hin, einmal zurück. Davon gibt es 50 pro Sekunde. Deshalb spricht man von einer Frequenz von 50 Hertz.
Hertz (Hz) ist die Einheit für Frequenz – sie gibt an, wie oft sich ein Vorgang pro Sekunde wiederholt. Bei Wechselstrom ist dieser Vorgang die volle Periode, nicht der einzelne Richtungswechsel. 50 Hz bedeutet also: 50 volle Zyklen (oder Perioden) pro Sekunde, also 100 Richtungswechsel.
50 Hz ist der Standard in Europa, Afrika, Asien und Australien. In Nordamerika (USA, Kanada, Mexiko) hingegen gilt 60 Hz. Das hat historische Gründe: beide Systeme haben sich Ende des 19. Jahrhunderts unabhängig voneinander entwickelt. Für Alltagsgeräte spielt der Unterschied meist keine Rolle, da moderne Netzteile beide Frequenzen verarbeiten können. Bei älteren Elektrogeräten oder Motoren kann es jedoch zu Problemen kommen, wenn man sie im falschen Stromnetz betreibt.
Das klingt zunächst seltsam: Wenn die Elektronen dauernd die Richtung wechseln, wie fliesst dann überhaupt Energie? Die Antwort: Die Energie wird nicht durch die Elektronen selbst transportiert, sondern durch das elektrische Feld, das sie erzeugen. Dieses Feld überträgt die Energie – auch beim Richtungswechsel.
Warum kommt Wechselstrom aus der Steckdose?
Der Grund ist praktischer Natur: Wechselstrom lässt sich mit Transformatoren einfach auf sehr hohe Spannungen bringen. Hohe Spannung beim Transport bedeutet weniger Verluste über lange Strecken.
Aber warum? Verluste entstehen im Kabel als Wärme – und diese Wärme hängt von der Stromstärke ab. Je höher die Spannung, desto weniger Strom ist nötig, um dieselbe Leistung zu transportieren. Weniger Strom bedeutet weniger Wärme – und damit weniger Verlust. Das Hochspannungsnetz macht sich das zunutze.
Deshalb wird Strom im Hochspannungsnetz mit Tausenden von Volt übertragen – und erst beim Verbraucher auf die Haushaltsspannung von 230 Volt heruntergeregelt.
Gleichstrom lässt sich zwar ebenfalls über weite Strecken transportieren, ist technisch aber aufwendiger. Für die flächendeckende Versorgung hat sich deshalb Wechselstrom durchgesetzt.
Was merkt die Lampe davon?
Nichts. Eine normale Glühlampe oder haushaltsübliche LED-Lampe leuchtet einfach – unabhängig davon, ob der Strom wechselt oder nicht. Die menschliche Wahrnehmung registriert das 100-fache Wechseln pro Sekunde nicht. Empfindliche Geräte wie Bildschirme oder Audiogeräte haben eingebaute Schaltkreise, die den Wechselstrom glätten oder umwandeln.
Kurz zusammengefasst
Gleichstrom: konstante Richtung, Quelle Batterie/Akku, ideal für Elektronik. Wechselstrom: wechselnde Richtung, 50 Hz, Quelle Steckdose, ideal für Transport über weite Distanzen.
| Wechselstrom (AC) | Gleichstrom (DC) | |
|---|---|---|
| Richtung | Wechselt 100× pro Sekunde (50 Hz) | Immer dieselbe Richtung |
| Transformierbar | Ja – einfach auf- und abwärts | Früher nicht; heute möglich, aber aufwendig |
| Transport | Verlustarm über weite Distanzen | Spezialtechnik Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) nötig |
| Erzeugung | Kraftwerke, Generatoren | Batterien, Solarzellen, Netzteile |
| Anwendung | Stromnetz, Haushaltssteckdose | Elektronik, Elektroautos, PV-Eigenverbrauch |
| Standard | Weltweiter Netzstandard | Zunehmend relevant (Energiewende) |
Was ist HGÜ?
HGÜ steht für Hochspannungs-Gleichstromübertragung. Dabei wird Gleichstrom auf sehr hohe Spannungen gebracht und über lange Strecken transportiert – ähnlich wie beim gewöhnlichen Hochspannungsnetz, aber mit Gleichstrom statt Wechselstrom.
Das macht bei sehr langen Übertragungsstrecken Sinn: Ab etwa 600 Kilometern an Land und ab rund 50 Kilometern unter Wasser ist HGÜ effizienter als Wechselstrom, weil Wechselstrom in langen Kabeln sogenannte kapazitive Verluste erzeugt. Bekannte Beispiele sind Unterseekabel zwischen Norwegen und England sowie das geplante SuedLink-Kabel in Deutschland, das Windstrom aus dem Norden in den Süden transportieren soll.
Der Nachteil: Die Konverteranlagen, die Wechselstrom in Gleichstrom und zurück umwandeln, sind aufwendig und teuer. Deshalb lohnt sich HGÜ erst bei sehr langen Strecken.
Nächste Woche: Spannung, Stromstärke, Widerstand – was Volt, Ampere und Ohm bedeuten und wie sie zusammenhängen.
Dieser Artikel ist Teil unserer Serie «Energie einfach erklärt».