Stecker rein, einschalten, Gerät läuft. Was uns wie eine Banalität vorkommt, versetzte die Menschen vor 120 Jahren noch in freudiges Staunen. Damals begann die Elektrifizierung der Haushalte in Europa. Heute ist Strom in der guten Stube eine derartige Selbstverständlichkeit, dass die meisten Schweizerinnen und Schweizer nicht einmal ihren Verbrauch kennen, geschweige denn würdigen, welche technische Errungenschaft dahintersteckt.
Dabei wäre gerade in diesen Zeiten eine gewisse Sensibilisierung wünschenswert. Deshalb folgt hier das kleine Einmaleins des Stroms.
Aus Schweizer Steckdosen kommt Wechselstrom mit einer Spannung von 230 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz.
Strom fliesst, wenn sich die negativ geladenen Elektronen durch den Leiter in Richtung Pluspol bewegen. Beim Gleichstrom bleiben die Pole und damit auch die Fliessrichtung konstant.
Beim Wechselstrom «wechselt» die Polung in regelmässigen Abständen die Seiten. Dementsprechend fliessen die Elektronen einmal in die eine, dann wieder in die andere Richtung. Die Fliessrichtung wechselt 100 Mal pro Sekunde, was einer Frequenz von 50 Hertz entspricht.
Die Netzspannung im Schweizer Netz hat einen sinusförmigen Spannungsverlauf. Bei einem Sinusverlauf kommt es während eines Zyklus zu zwei Richtungsänderungen. Eine Frequenz von 50 bedeutet demnach 100 Richtungswechsel.
Die Tatsache ist, dass viele Geräte eben gerade nicht mit Wechselstrom betrieben werden können. Dazu gehören Radios, TV-Geräte, das Telefon / Handy, Computer, Spielkonsolen – im Prinzip alles, was mit Batterien oder einem Akku betrieben werden kann. Diese Geräte verfügen über einen Gleichrichter. Dieser wandelt Wechselstrom in Gleichstrom. Er befindet sich in der Regel im Netzteil.
Bei einigen Verbrauchern, beispielsweise bei Glühbirnen, spielt es keine Rolle, ob Wechsel- oder Gleichstrom fliesst.
Zahlreiche grosse Verbraucher wie die Waschmaschine, der Tumbler, der Backofen und der Kühlschrank benötigen aber Wechselspannung – genauso wie leistungsstarke elektrische Motoren. Das hat mit deren Bau- und Funktionsweise zu tun. Gleichstrommotoren sind im Vergleich ineffizienter.
Deshalb brauchen Elektroautos sogenannte Wechselrichter. Diese können Gleichstrom (DC) zu Wechselstrom (AC) wandeln, was einiges «komplizierter» ist als die umgekehrte Variante.
Dafür gibt es verschiedene praktische Gründe. Der wichtigste ist, dass die Spannung von Wechselstrom ohne grössere Verluste skaliert werden kann. Bei Gleichstrom ist das nur mit vergleichsweise grossen Verlusten möglich. Ausserdem produzieren die meisten grossen Kraftwerke von Haus aus bereits Wechselstrom (Dreiphasenwechselstrom).
Muss Strom aber über eine grössere Distanz (über 600 Kilometer) transportiert werden, lohnt sich aufgrund der geringeren Transportverluste eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).
Mir ist kein anderer Fall bekannt.
Gute Wechselrichter haben eine Effizienz von über 95 Prozent. Beim Laden von Elektroautos entstehen noch andere Verluste als nur Wandelverluste. Bei einem Tesla Model 3, einem für seine Ladeverluste bekannten Fahrzeug, betragen diese rund 20 Prozent. Man kann davon ausgehen, dass 80 Prozent des eingespeisten AC-Stroms in der Auto-Batterie landet. Der erneute Wandel durch den Wechselrichter im Auto bringt erneut ca. 5 Prozent Verlust. Elektromotoren sind enorm effizient. Trotzdem gehen auch hier im schlimmsten Fall noch einmal 10 Prozent verloren. Am Ende werden also etwa 65-75 Prozent des Stroms der PV-Anlage zu tatsächlicher Antriebsleistung im Auto.
Zum Vergleich: Ein verbrennender Automotor besitzt einen Wirkungsgrad von 25 bis maximal 40 Prozent. Und da ist die Förderung des Öls, die Herstellung des Benzins, der Transport, die Lagerung und sämtliche Verluste, die dabei entstehen, noch nicht einmal eingerechnet.
Die Spannung ist die eigentliche Ursache dafür, dass überhaupt Strom fliessen kann. Sie entsteht durch den Ladungsunterschied der beiden Pole und kann mit dem Druck in einer Wasserleitung verglichen werden, deren Enden auf verschiedenen Höhenniveaus liegen. Je grösser der Ladungsunterschied / das Höhenniveau der beiden Pole ausfällt, desto grösser ist der Druck.
Die Einheit der Spannung ist Volt (V). In einer handelsüblichen AA-Batterie beträgt sie in der Regel 1,5 Volt.
Ampere ist die Einheit für die elektrische Stromstärke. Die Stromstärke entspricht der Anzahl Elektronen (Ladungsmenge), die während einer bestimmten Zeit durch den Querschnitt eines Leiters (zum Beispiel eines Stromkabels) fliessen. 1 Ampere entspricht dem Durchfluss von 6,2 Trillionen Elektronen pro Sekunde. Man kann sich gut vorstellen, dass eine höhere Stromstärke dickere Leitungen erfordert. So darf zum Beispiel ein Kupferdraht mit 1 Millimeter Durchmesser nur mit knapp 10 Ampere (9,4) belastet werden. Bei höheren Belastungen erhitzt er sich so sehr, dass die Gefahr besteht, dass die Isolation schmilzt und es zu einem Kurzschluss kommt.
Watt ist eine Leistungseinheit und ein Produkt aus Spannung (Volt) und Stromstärke (Ampere), oder anders gesagt: Watt ist gleich Volt mal Ampere.
Die Kilowattstunde ist eine Einheit für Energie. Sie ist abhängig von der Leistung (Watt) und der Zeit (Stunden). Kilo steht für 1000.
Ein Beispiel: Ein professioneller Föhn verfügt über eine Leistung von 2000 Watt – oder eben über 2 Kilowatt. Lassen wir ihn eine halbe Stunde in Betrieb, benötigt das eine Kilowattstunde (2*0.5= 1) Energie.
Die Leistung (die sogenannte Anschlussleistung) äquivalenter Geräte kann sich massiv unterscheiden. Weiter gilt es zu beachten, dass ein Gerät nicht immer unter Volllast steht – ein Kühlschrank zieht nicht 24 Stunden pro Tag 150 Watt. Deshalb macht es bei gewissen Geräten mehr Sinn, den durchschnittlichen Verbrauch pro Jahr anzugeben.
Der Preis einer Kilowattstunde setzt sich aus drei Komponenten zusammen: dem Energietarif (37 %), dem Netznutztarif (45 %) und Abgaben zur Förderung erneuerbarer Energien (18 %). Wie hoch der Betrag am Ende ausfällt, hängt von der Tageszeit, dem Anbieter und dem abgeschlossenen Vertrag ab.
Wer nur Ökostrom bezieht, bezahlt mehr als Leute, denen der Strommix egal ist. In der Regel unterscheidet der Anbieter sogenannte Hoch- (z. B. zwischen 06:00 und 22:00 Uhr in Zürich) und Niedertarifen (22:00 - 06:00 Uhr und Wochenende). Deshalb können die Kosten einer Kilowattstunde enorm variieren, von 8 Rappen in Gondo bis zu 36 Rappen in Zihlschlacht-Sitterdorf. Im Durchschnitt kostet 2022 eine Kilowattstunde in der Schweiz 21,18 Rp.
ABER!
Diese Strompreise sind schon bald Makulatur. Ab 2023 steigen sie in der Schweiz (unterschiedlich) stark an. In Oberlunkhofen im Kanton Aargau wird in Zukunft eine kWh über 60 Rappen kosten. Und das alles nur, weil angeblich ein E-Mail nicht beim Empfänger ankam.
ABER
Als Belgier sage ich: Im Backofen macht man hunderttausend Dinge, aber Pommes gehören definitiv nicht dazu. Die gehören in die Friteuse, und damit meine ich keine Heissluftfriteuse.
Sie erzählten mir ganz aufgeregt, dass sie jetzt elektrisch hätten, seit wenigen Jahren. Sie erzählten mir, dass sie die erste Zeit immer, wenn es abends dunkel wurde, alle Lichter im Haus anzündeten und dann hinausgingen, um ihr erleuchtetes Haus zu bestaunen. Das haben wir dann auch einmal gemacht. Bei einem Haus, das so allein steht, war das wirklich sehr eindrücklich, vor allem darum, weil es noch keine Strassenbeleuchtung gab.
Auch sah man in der Nacht Millionen Sterne, da keine Lichtverschmutzung.