Akkumulator

Ein Akkumulator (auch: Akku; veraltet: Sammler) ist ein Speicher für elektrische Energie, meist auf Basis eines elektrochemischen Systems. Er besteht aus einer oder mehreren wiederaufladbaren Sekundärzellen. Mehrere Zellen können dabei zur Erhöhung der Gesamtspannung in Reihe geschaltet werden oder zur Erhöhung der Kapazität parallel.

Funktionsweise

In einem Akkumulator wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische Energie gewandelt. Wird ein Verbraucher angeschlossen, so wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie zurückgewandelt (siehe dazu: Galvanische Zelle). Die von einer elektrochemischen Zelle typische elektrische Nennspannung hängt von der Art der verwendeten Materialien ab.

Verwendung

Akkumulatoren werden zumeist verwendet, wenn ein elektrisches oder elektronisches Gerät ohne dauerhafte Verbindung zum festen Stromnetz oder zu einem Generator betrieben werden soll. Da sie teurer als nicht wiederaufladbare Primärbatterien sind, kommen sie vor allem in solchen Geräten zum Einsatz, die regelmäßig benutzt werden und einen nicht nur verschwindenden Strombedarf haben, wie Mobiltelefonen, Laptops oder Akkuwerkzeug.

Auch in Kraftfahrzeugen dient ein Akku in Form der Starterbatterie dazu, Strom für Licht, Bordelektronik und vor allem den Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors zu liefern, so lange dieser nicht läuft. Sobald der Motor läuft, wird der Akku über den in der Lichtmaschine eingebauten Generator wieder aufgeladen. Ähnliches gilt für Schiffe und Flugzeuge.

Akkus kommen auch zum Einsatz, um Schwankungen bei der regenerativen Erzeugung von Strom mit Wind und/oder Sonne auszugleichen, wenn sich eine abgelegene Verbrauchsstelle nicht oder nur zu unverhältnismäßigen Kosten an das Stromnetz anschließen lässt. Oft sind solche Verbrauchsstellen zusätzlich noch mit einem Notstromaggregat ausgerüstet, das einspringt, bevor die Ladung der Akkus z.B. nach mehrtägiger Windstille komplett zur Neige geht. Beispiele für solche Installationen sind nicht nur abgelegene Hütten, Mobilfunk-Basisstationen in wenig entwickelten Regionen oder Weltraum-Satelliten, sondern zum Beispiel auch viele Parkscheinautomaten, bei denen ein Anschluss ans Stromnetz teurer käme als die Installation von Solarzelle und Akkumulator.

Ein Gebiet, das sich aktuell in der Entwicklung befindet, ist der elektrische Antrieb von Kraftfahrzeugen, Schiffen oder gar kleinen Flugzeugen mit sogenannten Traktions-Akkumulatoren (Traktionsbatterien). Einen kombinierten Betrieb mit Elektromotor und Verbrennungsmotor nennt man Hybridantrieb. Auch konventionelle U-Boot-Antriebe bestehen aus einem Dieselmotor (Benutzung zum Fahren und Laden bei ungetauchter Fahrt) und einem Akkumulator (Tauchfahrten).

Akkumulatoren dienen in Systemen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) auch zur kurz- bis mittelfristigen Überbrückung von Ausfällen in der stationären Energieversorgung. Wichtige Bereiche, die es mit einer Notstromversorgung abzusichern gilt, sind z. B. Rechenzentren, Alarmsysteme und lebenserhaltende Systeme in Krankenhäusern. Werden hohe Leistungen benötigt, wird oft noch ein Dieselgenerator zusätzlich installiert; die Akkus übernehmen dann die Versorgung nur so lange, wie der Dieselgenerator zum Anspringen und Erreichen der Nenndrehzahl benötigt. Da die so zu überbrückende Zeit nur kurz ist, können dafür auch andere Systeme als Akkumulatoren eingesetzt werden, insbesondere auf der Basis von Schwungmassen oder gar Kondensatoren.


LED

Elektrische Eigenschaften von LED`s

Leuchtdioden besitzen eine exponentiell ansteigende Strom-Spannungs-Kennlinie, die unter anderem auch von der Temperatur abhängt. Der Lichtstrom ist nahezu proportional zum Betriebsstrom. Die Flussspannung stellt sich durch Betrieb an Konstantstrom ein, besitzt Exemplarstreuungen und ist temperaturabhängig – sie sinkt mit steigender Temperatur wie bei allen Halbleiterdioden ab. Die Versorgung über eine Konstantstromquelle (häufig in Form eines Vorwiderstandes) ist daher zwingend. Direkter Betrieb an einer Spannungsquelle ist nicht möglich, da der Arbeitspunkt nicht ausreichend genau eingestellt werden kann. Manche Batterie-Leuchten betreiben LEDs direkt an Primärzellen – hier verlässt man sich auf einen ausreichend hohen Innenwiderstand der beigelegten (meist billigen) Batterien.

Die maximal zulässige Stromaufnahme von LEDs reicht von 2 mA (beispielsweise bei miniaturisierten SMD-LEDs oder Low-current-LEDs) über 20 mA (Standard-LEDs) bis über 18 A (Stand Juni 2008) bei Hochleistungs-LEDs. Die Flussspannung Vf (für englisch forward voltage) hängt von der Lichtfarbe ab und liegt zwischen 1,3 V (Infrarot-LED) und etwa 4 V (InGaN-LED, grün, blau, weiß, Ultraviolett[1]). Die maximal zulässige Sperrspannung beträgt in der Regel nur 5 Volt.

LEDs lassen sich über den Betriebsstrom sehr schnell schalten und modulieren. Die hohe Modulationsgeschwindigkeit von LEDs ist beim Einsatz in der Optoelektronik (Optokoppler, Datenübertragung über Lichtleiter bzw- Kabel aus Kunststoffen oder Glasfasern sowie Freifeld-Infrarotstrahlung) wichtig. LEDs können bis weit über 100 MHz moduliert werden.


Oszilliator

Ein Oszillator ist ein schwingungsfähiges System, bei dem ein oder mehrere physikalische (also auch elektronische) Parameter zeitlich wiederholt dieselben Werte annehmen, insbesondere periodische Bewegungen um einen Nullpunkt (Ruhelage) durchführen.

Oszillatoren beruhen überwiegend auf einem zeitbestimmenden schwingungsfähigen System, dessen Schwingungen ohne weitere Maßnahmen meist gedämpft sind, d. h. mit der Zeit verschwinden. Um ungedämpfte Schwingungen erzeugen zu können, kommt eine Einrichtung zur Zuführung von Energie hinzu.

Oszillatoren findet man überwiegend in der Elektrotechnik bzw. Elektronik und der Mechanik. Jedoch sind Systeme mit periodischem Verhalten auch aus anderen Bereichen wie der Pneumatik, Biologie und Chemie bekannt.


Photovoltaik

Eine Photovoltaikanlage, auch PV-Anlage (bzw. PVA) oder Solarstromanlage genannt, ist ein Solarkraftwerk, in dem mittels Solarzellen ein Teil der Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese direkte Art der Energiewandlung bezeichnet man als Photovoltaik. Demgegenüber arbeiten andere Sonnenkraftwerke (z. B. solarthermische Kraftwerke) über die Zwischenschritte Wärmeenergie und mechanische Energie.