Maximalleistung

Maximalleistung bezeichnet in der Elektrotechnik die größte Leistung, die einem Verbraucher aus einer Quelle unter festgelegten Bedingungen zugeführt werden kann. Das Konzept spielt eine zentrale Rolle bei der Impedanzanpassung und dem effizienten Transfer von Leistung. Der Grundsatz wird oft als Maximum Power Transfer Theorem bezeichnet.

In einer einfachen Gleichstromschaltung besteht eine Thevenin-Quelle mit offenem Ausgangsspannungswert V_th und Innenwiderstand R_s, die von der Last R_L belastet wird. Der Strom ergibt sich zu I = V_th /(R_s + R_L) und die Leistung im Lastwiderstand ist P_L = I^2 R_L = V_th^2 R_L /(R_s + R_L)^2. P_L ist maximal, wenn R_L = R_s. Dann gilt P_L,max = V_th^2 /(4 R_s). Die Lastspannung V_L = I R_L = V_th/2, und die Gesamtleistung aus der Quelle beträgt P_total = V_th^2 /(R_s + R_L), die im Fall von R_L = R_s zu P_total,max = V_th^2 /(2 R_s) führt. Die Effizienz an diesem Punkt beträgt 50 %.

Bei Wechselstrom oder komplexen Impedanzen gilt die Bedingung Z_L = Z_S^*, also die Lastimpedanz muss der konjugierten Impedanz der Quelle entsprechen, um maximale reale Leistung zu übertragen. In rein ohmscher Form führt dies zu P_max = |V_th|^2 /(4 R_s).

Anwendungen finden sich in der Impedanzanpassung von Audioverstärkern, Funk- und Netzsendeanlagen sowie in der Maximum-Power-Point-Tracking-Technik (MPPT) in Solarsystemen. Praktisch ist zu beachten, dass Maximalleistung nicht immer die beste Effizienz oder Gesamtleistung des Systems bedeutet; oft wird ein Kompromiss zwischen Leistung, Effizienz und thermischer Belastung angestrebt.