Stejnosměrný a střídavý proud: Jaký je mezi nimi rozdíl a kde se používají

Co je elektrický proud a jak vzniká
Historický vývoj elektřiny
Jak funguje stejnosměrný elektrický proud
Jak vzniká stejnosměrný proud
Kde se používá stejnosměrný proud
Výhody a nevýhody stejnosměrného proudu
Jak funguje střídavý elektrický proud
Jak vzniká střídavý proud
Kde se používá střídavý proud
Výhody a nevýhody střídavého proudu
Jak se od sebe liší stejnosměrný a střídavý proud
Jak to funguje doma?
Budoucnost elektřiny
Dva proudy, jeden svět elektřiny

Co je elektrický proud a jak vzniká

Abychom pochopili rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem, je potřeba nejdřív vědět, co vůbec znamená elektrický proud.

Základní princip: pohyb elektronů

Elektrický proud je uspořádaný pohyb elektronů ve vodivém materiálu, například v měděném drátu. Elektrony se pohybují z místa, kde je jich víc (záporný pól), do místa, kde je jich méně (kladný pól). Tento pohyb vytváří tok energie, který můžeme využít k napájení světla, motoru nebo telefonu.

Napětí, odpor a proud

Aby mohl proud téct, musí existovat:

• napětí, které „tlačí“ elektrony směrem k cíli,
• vodivá cesta, kudy mohou proudit,
• odpor, který proud zpomaluje, podobně jako tření u vody v trubce.

Dva hlavní typy proudu

Podle toho, jak se elektrony pohybují, rozlišujeme dva základní druhy proudu:

• stejnosměrný proud (DC) – elektrony tečou stále jedním směrem,
• střídavý proud (AC) – směr pohybu elektronů se pravidelně mění.

Každý z nich se chová trochu jinak, vzniká jiným způsobem a hodí se pro jiné použití. V následujících kapitolách si vysvětlíme, co přesně znamená stejnosměrný a střídavý proud a kde se s nimi setkáte.

Historický vývoj elektřiny

Na úplném začátku éry elektřiny, tedy na konci 19. století, se používal především stejnosměrný proud. Jeho zastáncem byl například Thomas Edison, který ho využíval pro napájení prvních městských sítí. 

Stejnosměrný proud byl tehdy výhodný, protože napájel přímo žárovky a jednoduché stroje bez potřeby měnit napětí. Jenže měl zásadní nevýhodu, nedal se efektivně přenášet na dlouhé vzdálenosti. Čím delší bylo vedení, tím větší vznikaly ztráty.

Naproti tomu Nikola Tesla a George Westinghouse začali prosazovat střídavý proud, který bylo možné snadno transformovat na vyšší napětí a přenášet tak elektřinu z elektráren i stovky kilometrů daleko. Díky tomu vyhrál „souboj proudů“ právě střídavý systém, který se stal základem moderní energetiky.

Jak funguje stejnosměrný elektrický proud

Stejnosměrný proud je takový proud, který teče stále jedním směrem. Elektrony se pohybují z kladného pólu ke zápornému, aniž by měnily směr nebo polaritu.
Představte si ho jako vodu, která teče v potrubí stále jedním směrem a stále stejnou rychlostí.

Jak vzniká stejnosměrný proud

Stejnosměrný proud vzniká v zařízeních, která mají stálý zdroj elektrického napětí.
Nejčastějším příkladem jsou:

• baterie a akumulátory (vzniká díky chemické reakci, která vytváří rozdíl mezi kladným a záporným pólem. Elektrony pak tečou stále stejným směrem)
• solární panely (může za to fotoelektrický jev – světlo dopadá na polovodič a uvolňuje elektrony, které se pohybují jedním směrem),
• napájecí adaptéry (převádějí střídavý proud ze zásuvky na stejnosměrný proud pro elektroniku).

Kde se používá stejnosměrný proud

Stejnosměrný proud je ideální tam, kde je potřeba stabilní a přesné napětí. Proto se používá:

• v mobilních telefonech, noteboocích a tabletech,
• v autobateriích a systémech startování,
• v elektromobilech ukládají baterie energii také jako stejnosměrnou.

Výhody a nevýhody stejnosměrného proudu

Výhody

• Stabilní napětí, vhodné pro citlivou elektroniku,
• jednoduché ukládání energie do baterií,
• snadná regulace výkonu.

Nevýhody

• Obtížný přenos na dlouhé vzdálenosti kvůli ztrátám,
• obtížnější změna napětí,
• nevhodný pro napájení celé elektrické sítě.

Jak funguje střídavý elektrický proud

Střídavý proud v energetice je takový proud, u kterého se směr toku elektronů pravidelně mění. To znamená, že elektrony chvíli tečou jedním směrem a za okamžik opačným. Tento pohyb se opakuje velmi rychle, obvykle 50krát za sekundu, což odpovídá frekvenci 50 Hz, která se používá v celé Evropě.

Jak vzniká střídavý proud

Střídavý elektrický proud vzniká v elektrárnách, kde se pomocí generátoru (alternátoru) přeměňuje mechanická energie na elektrickou. Rotující magnet v generátoru vytváří proměnné magnetické pole, které v cívkách vodiče indukuje střídavé napětí. Výsledkem je střídavý proud, který pravidelně mění polaritu.

Právě tento princip umožňuje efektivní výrobu a přenos elektřiny na velké vzdálenosti, protože střídavý proud lze snadno transformovat na vyšší nebo nižší napětí.

Kde se používá střídavý proud

Střídavý proud je dnes základem celé elektrické sítě. Najdete ho:

• v zásuvkách v domácnostech,
• v průmyslových provozech a továrnách,
• v distribučních sítích vysokého napětí,
• v elektrických spotřebičích jako jsou pračky, ledničky, vysavače nebo televize.

Zásuvky dodávají střídavý proud o napětí 230 V, zatímco ve velkých rozvodech se používá mnohem vyšší napětí (110 až 400 kV), aby se minimalizovaly ztráty při přenosu.

Výhody a nevýhody střídavého proudu

Výhody

• Snadný přenos na velké vzdálenosti,
• možnost jednoduché změny napětí pomocí transformátoru,
• vhodný pro napájení celé rozvodné sítě.

Nevýhody

• Méně stabilní napětí, které může být pro citlivou elektroniku nevhodné,
• nelze ho přímo ukládat do baterií,
• může způsobovat vyšší elektromagnetické rušení.

Jak se od sebe liší stejnosměrný a střídavý proud

Na první pohled se může zdát, že elektřina je prostě elektřina. Střídavý a stejnosměrný proud se ale liší víc, než si většina lidí uvědomuje. Oba typy mají odlišný způsob přenosu, chování i využití.

Směr toku proudu

• Stejnosměrný proud teče nepřetržitě jedním směrem od kladného pólu k zápornému.
• Střídavý proud mění směr toku několikrát za sekundu.

Zdroje energie

• Stejnosměrný proud vzniká například v bateriích nebo akumulátorech.
• Střídavý proud vyrábějí elektrárny pomocí generátorů, které rotací magnetu vytvářejí proměnné magnetické pole.

Možnost přenosu a transformace

• Střídavý proud je možné snadno transformovat na vyšší nebo nižší napětí, což umožňuje efektivní přenos na dlouhé vzdálenosti s minimálními ztrátami.
• Stejnosměrný proud se hůře transformuje a přenáší, proto se používá hlavně v uzavřených nebo lokálních systémech.

Uložení energie

• Stejnosměrný proud lze ukládat do baterií, což je klíčové pro všechna přenosná zařízení nebo elektromobily.
• Střídavý proud se do baterie přímo uložit nedá — musí se nejprve převést na stejnosměrný pomocí usměrňovače.

Jak to funguje doma?

Do běžné domácnosti přichází střídavý elektrický proud, který vyrábějí a distribuují elektrárny. Tento proud se v síti snadno přenáší na velké vzdálenosti a v rozvodné síti má v Evropě standardní parametry 230 voltů a frekvenci 50 hertzů.

Zásuvky, které používáme každý den, tedy dodávají střídavý proud — ten pohání například pračku, vysavač nebo mikrovlnnou troubu.

Tip: Přečtěte si náš článek Co všechno byste měli vědět o napětí v zásuvce.

Jak se střídavý proud mění na stejnosměrný

Mnoho moderních zařízení nepotřebuje střídavý proud, ale stejnosměrný. Patří sem telefony, notebooky, LED žárovky nebo třeba herní konzole. Proto má téměř každé zařízení adaptér nebo napájecí zdroj, který funguje jako malý převodník energie:

• ze zásuvky přichází střídavý proud,
• v adaptéru se pomocí tzv. usměrňovače mění na stejnosměrný proud,
• zařízení pak dostává přesně takové napětí, jaké potřebuje (např. 5 V, 12 V nebo 19 V).

Budoucnost elektřiny

Zajímavé je, že po více než sto letech, kdy střídavý proud ovládl světovou energetiku, se stejnosměrný proud znovu vrací do hry. Tentokrát však ne jako konkurent, ale jako doplněk tam, kde dává větší smysl z hlediska účinnosti, úspor i moderních technologií.

Proč se stejnosměrný proud vrací

Důvodem je především rozmach obnovitelných zdrojů energie a rozvoj bateriových systémů.

• Solární panely vyrábějí elektřinu jako stejnosměrný proud.
• Baterie a akumulátory také ukládají energii ve formě DC.
• Většina moderní elektroniky (od notebooků po elektromobily) funguje právě na stejnosměrný proud.

To znamená, že i když k nám z elektrárny přichází střídavý proud, velká část domácích i průmyslových zařízení ho hned převádí na stejnosměrný. 
Střídavý proud zůstává nepostradatelným pro přenos na velké vzdálenosti, ale stejnosměrný proud se prosadí tam, kde rozhoduje efektivita, úspory a místní výroba energie. Tedy v domácnostech s fotovoltaikou, v elektromobilitě a moderních distribučních sítích.

Tip: Co dělat, když elektřina vypadne? To si přečtete v článku Přenosný zdroj energie: Jak mít doma elektřinu i při výpadku proudu?

Dva proudy, jeden svět elektřiny

I když rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem běžně nevnímáme, právě jejich souhra umožňuje, aby všechna zařízení kolem nás fungovala hladce a spolehlivě. Bez střídavého proudu by se elektřina nedostala k nám domů a bez stejnosměrného by zase nefungovala většina moderních technologií. Dohromady tvoří systém, který je základem každodenního komfortu.