Wie Wasser in einem Fluss, so fliesst auch Strom durch Leitungen: Er besteht aus Elektronen die in eine bestimmte Richtung fliessen. Wie Wasser kann auch Strom ruhig oder schnell fliessen, in kleinen oder grossen Mengen, und dabei viel oder wenig bewegen.
Masseinheit für elektrische Spannung
elektromotorische Kraft (die dafür sorgt, dass der Strom fliesst).
Der Druck, mit dem der Strom durch das Kabel «gepresst» wird. Mit Volt will man eine Aussage machen, wie stark der Antrieb des Stromes ist.
Volt (Druck) =
Watt (Leistung) / Ampere (Menge)
[ U = P/I ]
Wasserdruck durch Höhenunterschied
Ob ein Fluss ruhig dahinfliesst oder zum reissenden Sturzbach wird, hängt massgeblich vom Höhenunterschied ab, den er überwindet.
Beim Strom wird das Gefälle „elektrische Spannung“ genannt und in Volt angegeben.
Je höher sie ist, desto höher ist auch der Druck, mit dem der Strom durch eine Leitung fliesst.
Während eine normale Haushaltssteckdose in der Schweiz eine Spannung von 230 Volt hat, liegt die einer Hochspannungsleitung bei bis zu 380.000 Volt (380 Kilovolt). Je mehr Volt an einer Leitung anliegen, desto geringer sind Verluste bei der Stromübertragung.
Aus unseren Steckdosen kommen konstante 230 Volt. Lampen, Computer oder Föne arbeiten mit dieser Spannung; der Backofen verwendet eine Spannung von 400 Volt und braucht eine extra Steckdose. Die neuen E-Autos verwenden sogar 800 Volt.
Achtung aber beim Glühbirnen-Kauf: Auf manchen Packungen sind 12 oder 24 Volt angegeben – das sagt aber nichts über ihren Energieverbrauch aus. Diese Birnen sind lediglich für Geräte gedacht, die mit dieser Spannung arbeiten. Eine 40-Watt-Halogenlogenlampe, die mit 12 Volt funktioniert, verbraucht genauso viel Energie, wenn sie an eine normale 230-Volt-Steckdose angeschlossen ist, wie eine 40-Watt-Lampe.
Einheit für Stromstärke (Strommenge)
Sie gibt an, wie viel Strom durch eine Leitung fliesst.
Ampere (Menge) =
Watt (Leistung) / Volt (Druck)
[ I =P/U ]
Wassermenge, die durch die Limmat oder die Surb fliesst.
Das können sehr große oder winzig kleine Mengen sein. Extremes Beispiel: Durch den Rhein bei Köln fliessen pro Sekunde 2 Millionen Liter Wasser, durch Lochbächlein nur wenige Liter.
Allerdings lässt sich die Wasser- oder Strom-menge auf einer be-stimmten Wegstrecke (Flussbett) nicht be-liebig steigern.
Die Menge an Strom, die durch eine Leitung fliesst ergibt die Stärke. Auch Stromleitungen sind nur für bestimmte Mengen ausgelegt: Fliesst zu viel Strom, kann das zu Überlastungen, Defekten und Ausfällen führen.
Über eine normale Steckdose können etwa 10 Ampere laufen. Wird die Stromstärke grösser – weil neben dem Fön auch noch der 800-Watt-Staubsauger (3,5 Ampere) an dieselbe Steckdose angeschlossen wird – fliegt die Sicherung raus.
Ampere bezeichnet also die Menge an Elektronen beziehungsweise Ladungsträgern, die in einer bestimmten Zeitspanne durch eine Leitung fließen. Daher finden sich Angaben zur Stromstärke auch meist an Sicherungskästen. Eine normale Haussicherung hat in der Regel eine Stromstärke von 16 Ampere.
Je mehr Strom in einer bestimmten Zeit fließt, desto höher ist die Stromstärke.
Elektrische Leistung
Die elektrische Leistung macht eine Aussage darüber, wie viel elektrische Arbeit vos Strom pro Sekunde verrichtet wird.
Watt (Leistung) =
Ampere (Menge) x Volt (Druck)
[ P = I*U ]
Kraft aus dem Strom
Stellen Sie sich nun ein grosses Wasserrad vor, das an einem breiten, tiefen und schnell fliessenden Fluss steht: Die Kraft, die das Rad aus dem Fluss gewinnen kann, ist enorm. Dementsprechend gering ist die Ausbeute an einem kleinen ruhigen Bächlein.
Auf elektrischen Strom übertragen wird diese Leistung in Watt oder Kilowatt (1.000 Watt) angegeben. Je höher die Leistung eines Geräts, desto mehr Strom verbraucht es (so, wie ein grosses Wasserrad mehr Wasser zum Antrieb braucht). Hierbei spielt auch die zeitliche Dimension eine Rolle: Wenn Sie einen Fön mit einer Leistung von 2.000 Watt (2 kW) beispielsweise eine Stunde laufen, verbraucht er zwei Kilowattstunden (kWh).
Umgekehrt wird auch in Watt angegeben, wie viel Energie in einem Moment erzeugt wird, zum Beispiel durch die Photovoltaikanlage auf Ihrem Dach. Dann werden Sie zur „Strom-Quelle“, der Fluss wechselt sozusagen seine Richtung und fließt von Ihrem Haus in die Übertragungsnetze – und auch dafür brauchen wir ein leistungsfähiges Netz.
Joule ist eine abgeleitete Einheit für die Energie, die aufgewendet wird. Dabei wird Watt auch oftmals mithilfe von Joule berechnet. So ist beispielsweise 1 Watt die Leistung, die während der Zeit von einer Sekunde eine Energie von einem Joule umsetzt. Eine Glühbirne mit 100 Watt verbraucht also 100 Watt oder auch 100 Joule pro Sekunde.
1 W = 1 J/s
1 kJ = 0,000278 kWh
1 kWh = 3.600 kJ
Die Pferdestärke (PS) ist eine veraltete, jedoch im Alltag noch häufig anzutreffende Einheit der Leistung:
Ein Kilowatt entspricht 1,359621617… PS,
und eine PS entspricht 0,73549875 kW (75 kg × 1 m/s × 9,80665 m/s²).
Es gibt drei gängige Näherungsformeln zum Umrechnen:
4 PS ~ 3 kW (ca. 2 % Abweichung)
15 PS ~ 11 kW (ca. 0,3 % Abw)
34 PS ~ 25 kW (ca. 0,03 % Abw)
Energieverbrauch
Energie mit einer Leistung von einem Kilowatt (1000 Watt) in einer Stunde umgesetzt
Leistung (Watt) x Zeit (Stunden) = Energieverbrauch in Wattstunden.
mit einer kWh
Der Energieverbrauch wird in Kilowattstunden berechnet. Das ist die Energie, die ein Gerät mit einer Leistung von einem Kilowatt (1000 W) in einer Stunde umsetzt. Sie werden benutzt, um zu berechnen, was ein Elektrogerät pro Jahr verbraucht. Nur so ist ein Vergleich möglich, denn die meisten Geräte sind ja nicht permanent im Einsatz.
Höchstleistung einer Photovoltaik-Anlage
12 Module mit einer Leistung
von 330 Wp
Anlagenleistung =
12 x 330 Wp = 3.960 Wp
oder 3,96 kWp
Das Leistungsmass Kilowatt-Peak (kWp) gibt an, welche Höchstleistung in Kilowatt (kW) eine Photovoltaikanlage erbringen kann.
Möchte man die Gesamtleistung einer Photovoltaikanlage in Kilowatt-Peak ermitteln, muss nur die Leistung eines Moduls mit der Anzahl der verbauten Module multipliziert werden.