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Elektrische Leistung

Über diesen Artikel

Lesezeit

4 Minuten

Veröffentlichung

07.10.2021

Letztes Update

07.10.2021

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  • Elektrische Leistung

Definition elektrische Leistung und Beispiele für Leistungsarten

Inhalt des Wiki-Artikels

Die elektrische Leistung gibt an, wie viel elektrische Arbeit in einer bestimmten Zeit verrichtet wird. Auch die Umwandlung von Strom in andere Energieformen wird in elektrischer Leistung bemessen. In Formeln wird die Leistung mit einem P abgekürzt. Die Einheit für die elektrische Leistung ist das Watt (W).

Die elektrische Leistung berechnen

Mit einem sogenannten Leistungsmesser – auch als Wattmesser bekannt – kann die elektrische Leistung direkt gemessen werden. Ist ein solcher nicht zur Hand, lässt sich die elektrische Leistung berechnen: Sie ist das Produkt aus Spannung (U) und Stromstärke (I). Je größer Spannung oder Stromstärke sind, desto höher ist die elektrische Leistung. Mit einem Stromstärke- bzw. Spannungsmesser werden die Werte für I und U ermittelt. Die elektrische Spannung U wird in Volt gemessen, der elektrische Strom in Ampere. Die Formel für die Berechnung der elektrischen Leistung lautet:

Statt W für Watt wird bei der Angabe der elektrischen Leistung auf Transformatoren und Elektromotoren häufig VA für Voltampere genutzt. Diese Bezeichnung ergibt sich aus den Einheiten von Spannung und Strom.

Angabe der Leistung auf Motoren und Fahrzeugen

Bis Ende des Jahres 1977 wurde die Leistung in Pferdestärken (PS) angegeben, inzwischen erfolgt die Leistungsangabe in Kilowatt (kW). Das Kilowatt ist ein Vielfaches der Einheit Watt, ebenso wie Megawatt (MW) und Gigawatt (GW). Die folgende Übersicht zeigt die Umrechnung:

Verfügbare Leistung

Die elektrische Leistung, die eine Spannungsquelle zu liefern vermag, wird verfügbare Leistung genannt. Wie hoch die Ausgangsleistung ist, hängt von Stromstärke und Spannung ab. Ein Gleichspannungsnetzteil mit einer Spannung von bis zu 30 V und einer Stromstärke von 2 A verfügt über eine maximale Ausgangsleistung von 60 W. Diese wird aber nur erreicht, wenn Spannung und Stromstärke die möglichen Maximalwerte aufweisen. Ist beispielsweise die Spannung niedriger, ist es auch die verfügbare Leistung.

Nutzleistung und Verlustleistung

Als Nutzleistung wird die elektrische Leistung bezeichnet, die ein Verbraucher im Normalbetrieb benötigt. Normalbetrieb bedeutet zum Beispiel bei einer Glühbirne, dass sie eingeschaltet ist – es kann sein, dass beim Anschalten mehr elektrische Leistung gebraucht wird. Im Normalbetrieb fließt durch eine Glühbirne mit einer elektrischen Leistung von 60 W bei einer Spannung von 230 V ein Strom von rund 0,261 A.

Es wird aber nicht die komplette zugeführte Energie genutzt, da beim Betrieb von Verbrauchern gewöhnlich Energieverluste auftreten: Ein Teil der eingesetzten Energie ist nicht nutzbar, da er verloren geht – zum Beispiel im Fall der Glühbirne als Abwärme. Dieser Teil der elektrischen Energie wird Verlustleistung genannt. Definiert ist die Verlustleistung als verlorene Energiemenge pro Zeiteinheit. Bei den meisten elektrischen Geräten ist die Verlustleistung als Abwärme spürbar: Sie erwärmen sich.

Aufgrund der Verlustleistung fällt die Nutzleistung immer etwas geringer aus als die verfügbare elektrische Leistung. Mit dem sogenannten Wirkungsgrad wird das Verhältnis von eingesetzter elektrischer Leistung und Nutzleistung angegeben. Je höher der Wirkungsgrad, umso energieeffizienter arbeitet der Verbraucher. Mit der folgenden Formel lässt sich die Nutzleistung berechnen:

Die maximale Leistung Ptot

Elektronische Bauteile dürfen nur innerhalb bestimmter elektrischer Grenzwerte betrieben werden, um Schäden zu vermeiden. Darauf bezieht sich die Leistung Ptot: Sie gibt an, ab welcher Leistung ein Bauteil in Gefahr ist, zerstört zu werden. Bei der Dimensionierung von Bauteilen und Schaltungen sollte deshalb auf eine ausreichende Reserve bis zur Leistung Ptot geachtet werden. Zum Beispiel muss ein Widerstand bei einer Spannung von 10 V und einer Stromstärke von 0,5 A mindestens eine elektrische Leistung von 5 W aufweisen, besser mehr.

Wirkleistung und Blindleistung

Bei der Übertragung von Strom treten Verluste auf, so dass die ins Übertragungsnetz eingespeiste Energie nicht vollständig beim Endverbraucher ankommt. Der Teil der elektrischen Leistung, der tatsächlich Verbraucher erreicht, wird Wirkleistung genannt. Die Übertragungsverluste des deutschen Stromnetzes belaufen sich insgesamt auf circa sechs Prozent. Sie setzen sich aus verschiedenen Arten an Energieverlusten zusammen, wie zum Beispiel:

  • Ohmsche Verluste
  • Korona-Entladungen
  • Verluste durch Transformation

Ohmsche Verluste resultieren aus der Erwärmung der Leitungen beim Stromtransport, durch die thermische Energie verloren geht. Bei Korona-Entladungen entweicht die Energie in Form von elektrischen Entladungen, die von Knistern und Lichtblitzen begleitet werden. Außerdem treten Energieverluste auf, wenn der Strom transformiert werden muss, beispielsweise auf eine andere Spannungsebene oder von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC).

Beim Transport von Wechselstrom fließt neben der Wirkleistung die sogenannte Blindleistung durch die Leitung. Dies kommt daher, dass der Wechselstrom bei der Übertragung beständig seine Fließrichtung ändert. Bei einer Frequenz von 50 Hertz baut sich 50-mal pro Sekunde ein Magnetfeld auf. Die Leistung für den Aufbau des Felds wird aus dem Stromnetz bezogen und beim Abbau wieder an dieses zurückgegeben. Sie ist zum Spannungsaufbau für den Stromtransport erforderlich, aber nicht für Verbraucher nutzbar. Diese Art elektrischer Leistung wird als Blindleistung bezeichnet.

Ladeleistung von E-Autos

Die Ladeleistung von E-Autos steht für die elektrische Leistung, mit der die Batterie geladen wird. Sie wird in Kilowatt angegeben. Je größer die Ladeleistung ist, umso schneller lädt ein E-Fahrzeug. Mit welcher Ladeleistung ein Elektroauto aufgeladen werden kann, hängt von zwei Aspekten ab:

  • Maximale Ladeleistung des E-Autos
  • Maximale Ladeleistung des Ladepunkts

Die niedrigere maximale Ladeleistung kann nicht überschritten werden, das bedeutet: Ein Elektrofahrzeug mit einer Ladeleistung von 50 kW kann auch an einer Säule mit einer Ladeleistung von 125 kW nur mit 50 kW geladen werden. Gleiches gilt umgekehrt, wird für ein E-Auto mit einer Ladeleistung von 50 kW eine Wallbox mit einer Ladeleistung von 22 kW genutzt, dann wird der Akku auch nur mit 22 kW aufgeladen. Beim Laden mit Wechselstrom bleibt die elektrische Leistung, mit der die Batterie aufgeladen wird, in der Regel gleich und sinkt erst kurz vor Ende des Ladevorgangs ab. Beim Laden mit Gleichstrom wird die Ladeleistung von verschiedenen Faktoren beeinflusst, unter anderem vom Ladestand des Akkus und der Temperatur. An kalten Tagen kann die Ladeleistung beim Gleichstromladen geringer ausfallen als die laut Herstellerangaben von E-Auto und Ladepunkt eigentlich mögliche.

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