Kurs: Technik, Energie und Nachhaltigkeit | OnCourse UB

  • Lektion 6

    • Energieeinheiten und ihre Umrechnung

      Der wohl häufigste Fehler in der Angabe und im Umgang mit energiewirtschaftlichen Daten ist die Verwechslung von Leistung und Arbeit. Deshalb soll an dieser Stelle zunächst die Formel zur Berechnung erklärt werden:

      (A) Elektrische Arbeit:
      Der tatsächliche Energiefluss in einer definierten Zeitspanne (Stunde, Tag, Monat, Jahr) entspricht der tatsächlich verrichteten Arbeit, also der verbrauchten Energie durch ein elektrisches Gerät oder der produzierten Energie durch eine Energieanlage. Das für die elektrische Arbeit verwendete Formelzeichen ist ein großes W. Die elektrische Arbeit W berechnet sich aus der Spannung U * Strömstärke I * Zeit t.

      Elektrische Arbeit (W)= U*I*t


      Die Einheit der Arbeit wird angegeben in Joule oder Wattsekunden (Ws) bzw. Wattstunden (Wh), Kilowattstunden (kWh) oder in Megawattstunden (MWh). Sie bezieht sich auf einen Zeitraum, in dem der Energieverbrauch gemessen wurde oder in dem ein Strom produziert wurde:

      • z.B. kWh Stromverbrauch durch einen Kühlschrank im Monat oder
      • z.B. kWh Stromproduktion einer PV-Anlage am Tag
      • z.B. kWh Stromverbrauch durch ein gefahrenes Elektroauto über eine Strecke von 100km

      (B) Elektrische Leistung 
      Die elektrische Leistung einer Energieanlage ergibt sich als Quotient aus verrichteter Arbeit und der dazu benötigten Zeit. An anschaulichsten ist die Leistung eines Autos zu verstehen, ausgedrückt in Pferdestärken (PS). Die Leistung einer Energieanlage wird angegeben in den Einheiten Watt, kW oder MW. Dies ist ein Ausdruck dessen, wie viel Strom die Energieanlange maximal aufgrund ihrer Kapazität produzieren kann. Das Symbol für die Leistung ist der Großbuchstabe P.

      Leistung (P)

      Die Leistung wird berechnet mit der Formel:

      Die Einheit der Leistung ist Watt (Energieumsatz pro Zeitspanne). Sie wurde nach dem schottischen Wissenschaftler und Ingenieur James Watt benannt.

      Umrechnungshilfen:

      Leistung (P) = 1 Watt  = 1 Joule (J) pro Sekunde
      Leistung (P) = 1.000 Watt = 1 Kilowatt (kW )(= 1,36 PS)
      Leistung (P) = 1.000.000 Watt = 1 Megawatt (MW)


      Weitere Begriffserklärungen:
      Die       Nennleistung ist die Herstellerangabe zur Leistung eines Geräts, einer Anlage oder eines Moduls unter Normalbedingungen. Sie kann sich je nach Gerätetyp auf die aufgenommene oder abgegebene Leistung beziehen. Bei vielen Haushaltsgeräten wie Staubsaugern oder Bohrmaschinen wird die aufgenommene Leistung angegeben (Leistungsaufnahme); bei Motoren, Getrieben, Kraftwerken, Transformatoren, Generatoren oder Modulen für Photovoltaik dagegen die abgegebene Leistung. 

      Hersteller geben die Nennleistung einzelner Solarmodule und Wechselrichter an, die montierte Photovoltaikanlage wird als installierte Leistung bezeichnet. Wichtig: Bei PV-Anlagen wird die Leistung in der Einheit Kilowatt Peak (kWp) angegeben. Die Nennleistung von PV-Modulen wird unter Standard-Testbedingungen (STC) im Labor ermittelt. 

      Die STC-Bedingungen sind wie folgt festgelegt:

      1. Einstrahlung von 1.000 W/m²
      2. Luftmasse (AM) von 1,5 - Die Luftmasse, englisch: Air mass (AM), ist ein Maß für die Länge des Weges, den das Licht der Sonne durch die Erdatmosphäre bis zum Boden zurücklegt. Ein AM von 1 liegt vor, wenn die Sonne im Zenit steht und die Sonnenstrahlen senkrecht auf die Erdoberfläche fallen. Das in den Standardtestbedingungen verwendete AM von 1,5 ergibt sich bei einem Zenitwinkel von 48,2 Grad. Bei einem AM von 1,5 beträgt die globale Bestrahlungsstärke 1.000 W/m².
      3. Zelltemperatur von 25 °C


    • Energieverbräuche
      Der Energieverbrauch in einem Unternehmen und in einem Privathaushalt ist nicht kontinuierlich. Der Lastgang des Stromverbrauches, bei Stromversorgern normalerweise im 15-Minuten-Intervall gemessen, besteht aus einer Grundlast, einer Mittellast und einer Spitzenlast. Lastspitzen können durch Modernisierung und smartes Energiemanagement gekappt werden. Lastverschiebungen berücksichtigen die intelligente Ausnutzung von Erneuerbaren Energien (PV-Maximum in der Tagesmitte). Volatile (schwankend in der Erzeugung) Erneuerbare Energien sind weniger Grundlast-geeignet (z.B. Biomasseanlagen, PV-Anlagen) bzw. werden über Speicher besser planmäßig einsetzbar. Laufwasserkraftwerke gehören zu den Grundlastkraftwerken, Pumpspeicherkraftwerke können als Reserve zur Abfederung von Spitzenlast dienen. Ebenso haben Biomasseanlagen die Möglichkeit der Biomassespeicherung und damit additiven Wärmeversorgung in Kombination mit anderen Heizungssystemen.

      (Quelle: Bild Strombörse Stromverbrauch lastprofil von PeterGerstbach auf wikimedia commons, Lizenz: CC-BY-SA 3.0
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