Das Stromgedöns

Immer wieder im Gespräch mit den Kunden aber auch im privaten Bereich, oft wenn über Elektrofahrzeuge diskutiert wird, kommen viele mit den Begriffen der Elektrotechnik durcheinander.

Dieser Beitrag soll etwas Licht ins Dunkel bringen.
Selbstverständlich soll dies keine Diplomarbeit sein. Die Erklärungen werden so erfolgen daß ein Erstklässler diese verstehen sollte.
Oft kann man neue Begriffe durch Analogien mit bereits bekannten Begriffen erklären. Oder man bedient sich Begriffe aus einem anderen Gebiet. Z.B. der Mechanik. Das schöne an der Mechanik ist, daß diese erlebbar und einfach vorstellbar ist.

Warnung

Zuerst eine Warnung. Der elektrische Strom ist böse, mächtig böse. Also Finger weg vom Strom!

Der elektrische Strom ist unsichtbar und in der Regel mit unseren Sinnen nicht aus der Ferne erfühlbar. D.h. im Umkehrschluss daß wenn wir den Strom erfühlen, dieser durch unseren Körper fliesst.
Elektischer Strom kann mit verschiedenen Meßgeräten sichtbar gemacht werden.
Z.B. eine Glühbirne. Wenn Strom durch die Glühbirne fliesst , dann gibt diese Licht und Wärme ab.

Spannung

Die elektrische Spannung ist so etwas wie eine Möglichkeit etwas zu tun.
Man stelle sich einen mit Wasser gefüllten Eimer vor, der an einem Seil aufgehangen ist. Dieser kann runterfallen und uns weh tun, oder aus dem Eimer kann eine bestimmte Menge Wasser herausfliessen und uns den Rücken massieren.
Die Einheit der elektrischen Spannung ist Volt, Formelzeichen V.
Um unsere Analogie zu bedienen: die Spannung entspricht der Höhe in der der Eimer aufgehangen ist.
Die Netzspannung ist 230V. Wenn man sich nichts drunter vorstellen kann, dann rate ich zur Analogie: Man stelle ich einen Eimer voller Wasser in 230m Höhe vor. Wenn dieser Eimer auf uns drauf fällt dann tut es nur kurz weh. Danach ist man für immer schmerzfrei und betrachtet die Graswurzlen von unten. Also Finger weg von Netzspannung!

Hellwache werden jetzt einwerfen, daß ein Elektrozaun bis zu 10000V haben kann und man normalerweise von einem solchen Stromschlag nicht stirbt. Das ist auch richtig. Analog zu unserem Beispiel ist der Eimer 10000m hoch aufgehangen hat aber ein Volumen von nur einem Fingerhut. Wenn dieser uns auf den Kopf fällt, dann tut es punktuell weh, aber man ist danach in der Regel noch schmerzempfänglich.
Wichtig in diesem Zusammenhang ist die Arbeit, die vom el. Strom verrichtet werden kann. Dazu unten mehr.
Die Spannung alleine macht nicht aua! Es ist das Produkt aus Spannung die einen Strom eine bestimmte Zeit lang fliessen lässt, was weh tut. Aber bitte immer im Kopf behalten: Elektrizität ist gefährlich.

Stromstärke

Die elektrische Stromstärke beschriebt wie viele elektrische Ladungen pro Sekunde fliessen. Analog zu unserem Beispiel. Wenn wir ein Loch in den Eimer machen, fliesst Wasser heraus. Die Menge des Wassers entspricht der Stromstärke.
Das Loch im Eimer entspricht dem elektrischem Leiter. Also einem Stromkabel. Strom braucht in der Regel einen Stromleiter um zu fliessen.
Die elektrische Stromstärke wird in Ampere angegeben. Formelzeichen A.

Leistung

Wenn Strom fließt kann dieser Strom z.B. eine Glühbirne zum Leuchten bringen. Fasst man die Glühbirne an, dann kann man sich, ob der Hitze, die Hand verbrennen. Auf der Glühbirne ist eine Leistungsangabe aufgedruckt: z.B. 60W.
W steht für Watt.
Die Glühbirne hat in unserem Beispiel 60W. Diese Leistung hat die Glühbirne in der Sekunde, auch nach einer Stunde und auch nach 10 Jahren, so sie nicht durchgebrannt ist.

Das gilt für alle elektrischen Geräte. Auch Wärmepumpen. Wenn die Wärmepumpe eine Leistungsaufnahme von 600W hat, dann ist das so. Die Wärmepumpe braucht 600W elektrischer Leistung.

Ein besseres Beispiel:
Um einen Schubkarren voller Erde zu bewegen braucht man Leistung (oft als Muskelkraft bezeichnet). Diese Leistung braucht man solange wie man den Schubkarren schiebt. So sich nichts ändert (keine Steigung, etc.) braucht man solange man den Schubkarren schiebt die gleiche Leistung. Ist der Schubkarren weniger voll, braucht man weniger Leistung um diesen zu bewegen. Wenn das Haus weniger Wärme benötigt, dann braucht die Wärmepumpe weniger elektrischer Leistung.

Energie

Energie ist Arbeit. Der Stromzähler mißt die elektische Arbeit und diese wird am Monatsende auch an das Versorgungsunternehmen bezahlt. Diese elektrische Arbeit wird in kWh (kilo Watt Stunden) angegeben.
Wenn wir unseren beispielhaften Schubkarren schieben brauchen wir eine Leistung von z.B. 100W. Wenn wir diesen Schubkarren eine Stunde lang schieben, dann haben wir 100W, 1 Stunde lang geleistet. Damit eine Arbeit von 100W*1h = 100Wh = 0,1kWh getätigt.

Ebenso wie Wärmepumpe. Wenn diese 600W benötigt und eine Stunde lang läuft ,dann „verbraucht“ diese 600Wh = 0,6kWh elektrischer Arbeit.
Läuft die Wärmepumpe eine Stunde lang, benötigt aber 30 Minuten lang 600W und 30 Minuten lang 800W dann ist die „verbrauchte“ el. Arbeit: 600W*0,5h + 800W *0,5h = 300Wh + 400Wh = 700Wh = 0,7kWh

Energieinhalt und Leistung von Akkus

Wenn man über Elektroautos spricht, dann wird oft über die Akkus gesprochen.
Hier gibt es immer wieder Verwirrung um die Begiffe: Leistung, Kapazität, kW, kWh
Ein Akku hat eine bestimmte Kapazität. So wie ein Eimer ein bestimmtes Volumen hat. So kann ein Akku eine bestimmte Menge an Strom speichern, genauso wie ein Eimer eine bestimme Menge Wasser aufnehmen kann. Die Akkukapazität wird in kWh angegeben.

Die zweite wichtige Größe ist die Leistung die der Akku abgeben kann. Leistung wird in kW angegeben.

Man könnte sehr vereinfacht sagen: Kapazität (in kWh) ist wie weit man kommt, Leistung (in kW) wie schnell man fährt.

Wenn ein Akku leerer wird, dann sinkt die Leistung die er abgeben kann. Genauso wie bei einem Eimer der immer leerer wird, der Wasserstrahl wird immer kürzer.
Beim Laden ist es umgekehrt. Ist der Akku fast voll, so geht das Laden immer langsamer.
Das Beispiel mit dem Eimer ist jetzt weit hergeholt, aber wenn der Eimer immer voller wird muss man was Wasser langsamer einschütten, sonst verschüttet man viel.

kW/h

Oft gelesen, gehört und immer wieder falsch.
Streng genommen ist kW/h eine Änderung der Leistung pro Zeit.
Wenn jermand meint, daß eine Glühbirne 60kW/h (verbraucht)“hat“, dann bedeutet das, daß nach einer Stunde die Glühbirne 60kW leistet, nach 2 Stunden 120kW und nach einem Jahr 24*365*60kW = 525600kW (soviel wie ein kleines Atomkraftwerk).
Diese Angabe ist unsinnig. Bitte sofort vergessen und nie benutzen.
Oft wird kw/h geschrieben aber kWh gemeint.
Die Analogie zur Angabe der Geschwindigkeit in km/h ist aufgrund von den Buchstaben k und h optisch naheliegend aber vollkommen falsch.