Kilowatt and kilowatt-hour

Kilowatt (kW) ist die Maßeinheit für Leistung, die 1000 Watt entspricht, wohingegen Kilowattstunde (kWh) die Maßeinheit der Energie ist. Genauer bedeutet dies, dass sich ein Kilowatt auf die momentane Leistungsaufnahme bezieht, mit der ein Gerät zu einem bestimmten Zeitpunkt Energie verbraucht. Kilowattstunden  steht dagegen als Einheit für eine verbrauchte Energiemenge beziehungsweise Kapazität, die zur Nutzung einer Energieanlage verwendet werden kann. 

Die Kapazität einer Batterie wird zum Beispiel in kWh gemessen, während die Leistung einer Ladestation oder einer Glühbirne in kW gemessen wird. Unabhängig davon, ob du auf ein Elektroauto umgestiegen bist, dich mehr für deine Stromrechnung interessierst oder in der Energiebranche arbeitest, ist es wichtig, den Unterschied zwischen den beiden Begriffen zu kennen. Also gehen wir einen Schritt zurück und betrachten zunächst den Unterschied zwischen Leistung und Energie.

Unterschied zwischen Leistung und Energie

Es ist wichtig, den Unterschied zwischen Leistung und Energie zu verstehen, nicht nur, weil zum Beispiel Versorgungsunternehmen den Energieverbrauch auf der Stromrechnung in kWh angeben und den Spitzenstrombedarf hingegen in kW. 

Energie kann als Kapazität oder Fähigkeit beschrieben werden, eine Veränderung zu bewirken, während die Leistung angibt, wie schnell Energie genutzt oder übertragen wird. Mathematisch ausgedrückt ist die Leistung der Energiemenge geteilt durch die Zeit, die für die Nutzung der Energie benötigt wird. Untenstehend sind einige Beispiele aus der Praxis für elektrische Lasten mit niedriger und höherer Wattzahl.

Geringe Wattzahl: Wenn du ein 100-Watt-Gerät, zum Beispiel einen LED-Fernseher, verwendest, müsstest du diesen zehn Stunden lang aktiv verwenden, um auf einen Energieverbrauch von 1 kWh zu kommen.

Hohe Wattzahl: Wenn du ein 2.000-Watt-Gerät, beispielsweise Elektroherd, betreibst, müsstest du nur 30 Minuten lang kochen, um ein kWh zu erreichen.

Warum ist es wichtig, den Unterschied zwischen kW und kWh zu verstehen?

Der Unterschied ist besonders wichtig, wenn es um Energieanlagen geht, die größere Strommengen verbrauchen oder speichern. Dazu gehören Wärmepumpen, Batterien oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Gleichzeitig ist es aber auch wichtig, den Unterschied zu verstehen, wenn du deine Stromrechnung (oder die deiner Standorte) in den Händen hältst.

Energierechnung: Wie man Energieverbrauch und -nachfrage misst

Energieversorger berechnen den Energieverbrauch in kWh, den Leistungsbedarf (oder die Leistungsentgelte/Netzentgelte) jedoch in kW. Während sich die Energiekosten also nach dem Gesamtenergieverbrauch in einem Abrechnungszyklus richten (so zum Beispiel in Haushalten), basieren die Nachfragegebühren für Gewerbe- oder Industrieanlagen auf der Intensität der zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigten Leistung oder der höchsten Leistungsaufnahme in Spitzenzeiten. Die Nachfrage-Entgelte oder Netzentgelte steigen mit der Erhöhung bestimmter Schwellenwerte, um die Kosten für den Betrieb einer höheren Netzkapazität zu decken. Die Netzbetreiber erheben die Gebühren in der Regel in 15-Minuten-Intervallen, weshalb die Spitzenlast-Reduzierung innerhalb dieser Zeiträume wichtig ist, um die Nachfrageänderungen (kW) so gering wie möglich zu halten.

Elektrofahrzeuge

Elektrofahrzeuge (Electric Vehicles, EV) messen ihre Lade- und Entladevorgänge in kW, da es sich dabei um momentane Leistungsaufnahme handelt. Die in der Batterie des Fahrzeugs gespeicherte Energiemenge wird hingegen in kWh angegeben. 

Beim Laden von EVs messen Ladestationen ihre Leistung in kW. Eine Hochleistungslader (High Power Charging, HPC) für E-Autos hat eine Leistung von über 100 kW, während ein durchschnittlicher Ladepunkt (Charge Point, CP) meist bis zu 22 kW Leistung liefert. Die Zeit, in der eine Ladestation genutzt wird, bestimmt die Energie, die in kWh an die Batterie des Fahrzeugs geliefert wird. Aus diesem Grund wird die Kapazität eines Elektrofahrzeugs in der Regel in kWh gemessen, wobei der Durchschnitt heute bei etwa 72,5 kWh liegt. Der Verbrauch von E-Autos wird dahingegen wieder anders, nämlich in Wattstunden pro Kilometer (Wh/km), gemessen und hängt von der Größe und der Marke des Fahrzeugs sowie von den Fahr- und Straßenbedingungen, dem Wetter, der Geschwindigkeit oder der Anzahl der Fahrgäste ab. Jedoch gilt: je niedriger der Verbrauch, desto effizienter das Fahrzeug.

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Ein Tesla Model S aus dem Jahr 2023 hat zum Beispiel eine Batteriekapazität von 100 kWh und einen durchschnittlichen Verbrauch (auch als Wirkungsgrad bezeichnet) von 175 Wh/km. Dies kann wie folgt berechnet werden:

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100 kWh x 1.000 = 100.000 Wh

100.000 Wh/175 Wh/km = 571,43 km Reichweite

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Damit hat das Fahrzeug eine Reichweite von rund 571 Kilometern. 

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Das Laden eines Tesla Model S mit einem 11-kW-Ladegerät würde etwa zehn Stunden benötigen, während es mit einem 250-kW-Ladegerät innerhalb von 30 Minuten vollständig aufgeladen werden könnte.

Batterien

Batteriespeichersysteme für Privathaushalte (Battery Energy Storage Systems, BESS) folgen demselben Prinzip, wobei die Speicherkapazität in kWh, die Leistungsaufnahme bzw. -abgabe jedoch in kW gemessen wird. Die sonnenCore hat zum Beispiel eine kontinuierliche Leistungsaufnahme/-abgabe  von 4,8 kW (so viel Energie kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt in die Batterie ge- oder aus ihr entladen werden) und eine Speicherkapazität von 10 kWh. Der Ladezustand (State of Charge, SoC) einer Batterie zeigt den Prozentsatz der im System gespeicherten Energie im Verhältnis zu ihrer vollen Kapazität an (das bedeutet wenn die sonnenCore einen SoC von 50 Prozent hat, können wir davon ausgehen, dass etwa 5 kWh Energie in der Batterie gespeichert sind).

Wärmepumpen

Der Energieverbrauch einer Wärmepumpe wird in kWh gemessen, das bedeutet in der Energiemenge, die das Heizgerät in einem bestimmten Zeitraum verbraucht hat. Ein geringerer Verbrauch ist gleichbedeutend mit niedrigeren Betriebskosten. Die Nennleistung (kW) bestimmt die Größe der Wärmepumpe, die für den zu beheizenden Raum erforderlich ist. Eine Wärmepumpe mit einer Leistung von sechs kW kann beispielsweise im Durchschnitt einen Raum von etwa 40 Quadratmetern beheizen, was allerdings auch von der Isolierung, den Fenstern und anderen Faktoren abhängt. Wärmepumpen können zudem auch nach ihrer Leistungszahl gemessen werden.

Photovoltaikanlagen und Kilowatt-Peak (kWp)

Die Spitzenleistung von PV-Solarmodulen wird in Kilowattpeak (kWp) gemessen. kWp gibt die Spitzenleistung einer PV-Anlage an. Während des Betriebs wandeln PV-Module die Sonneneinstrahlung in elektrische Energie um, die dann in kWh gemessen wird. Ein PV-Paneel mit einer Spitzenleistung von zehn kWp, das eine Stunde lang mit maximaler Leistung arbeitet (sollten die Paneele unter idealen Bedingungen vollständig von der Sonne beschienen werden), erzeugt zehn kWh. Die von einer PV-Anlage tatsächlich an die Last abgegebene Leistung wird in kW gemessen. Das bedeutet, dass damit ein Zehn-kW-Gerät eine Stunde lang oder ein Ein-kW-Gerät zehn Stunden lang betrieben werden kann. Die tatsächliche Leistungsabgabe der Anlage schwankt im Laufe des Tages je nach Bewölkung und anderen Faktoren stark.

Watt, Megawatt und Gigawatt

Einfach ausgedrückt: Kilowatt ist eine Maßeinheit für die Leistung, Kilowattstunden die Maßeinheit für den Verbrauch. Die oben genannten Grundsätze gelten auch für Watt (W), Megawatt (MW), Gigawatt (GW) und Terawatt (TW) sowie deren Gegenstücke: Wattstunden (Wh), Megawattstunden (MWh), Gigawattstunden (GWh) und Terawattstunden (TWh). Eine Tabelle mit den verschiedenen Maßeinheiten zur Veranschaulichung findest du unten: