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Einheit
Kilowattstunde (kWh)
Einfach erklärt
Der Energiebedarf (E) ist die Menge elektrischer Energie, die für ein bestimmtes Vorhaben – etwa das Vollladen eines E-Autos, den Betrieb einer Heizung über den Winter oder eine Maschine über eine Schicht – tatsächlich beschafft werden muss. Er unterscheidet sich von der reinen Nutzenergie dadurch, dass er auch Umwandlungs- und Übertragungsverluste einschließt: Wer 40 kWh in eine Batterie laden will, muss wegen der Ladeverluste mehr als 40 kWh aus der Steckdose entnehmen. Die Einheit ist Kilowattstunde (kWh). Typischer Bedarf: ein Ladevorgang eines E-Autos 30–70 kWh, eine Wärmepumpenheizung im Winter mehrere zehn kWh pro Tag.
Merksatz: Der Energiebedarf ist immer größer oder gleich der reinen Nutzenergie – die Differenz sind Umwandlungs-, Lade- oder Übertragungsverluste.
Fortgeschrittene Erklärung
Bei der Ermittlung des Energiebedarfs (E) wird üblicherweise zunächst die Nutzenergie über E_Nutz=P·t (oder allgemeiner E_Nutz=∫p(t)dt bei veränderlicher Last) bestimmt und anschließend über den Wirkungsgrad η der eingesetzten Umwandlungskette auf den tatsächlichen Bedarf hochgerechnet: E_Bedarf=E_Nutz/η. Bei mehrstufigen Systemen (z. B. Ladegerät → Batterie → Motor) multiplizieren sich die Einzelwirkungsgrade zu einem Gesamtwirkungsgrad η_ges=η1·η2·η3·…, der oft deutlich unter dem jeder Einzelstufe liegt.
Beim Zusammenfassen mehrerer Verbraucher zu einem Gesamtbedarf – etwa bei der Dimensionierung eines Hausanschlusses oder eines Ladeparks – wird in der Praxis nicht einfach die Summe aller Einzelleistungen angesetzt, da selten alle Geräte gleichzeitig mit voller Leistung laufen. Stattdessen wird ein Gleichzeitigkeitsfaktor g≤1 verwendet: P_ges=g·ΣPi. Für Wohngebäude gibt beispielsweise die VDE-Anwendungsregel Richtwerte für g in Abhängigkeit von der Anzahl der Wohneinheiten vor.
Ein häufiger Planungsfehler ist, den Spitzenbedarf (maximale gleichzeitige Leistung, wichtig für die Dimensionierung von Sicherungen und Leitungen) mit dem Energiebedarf (Summe über die Zeit, wichtig für Kosten und Speicherplanung) zu verwechseln – beide Kenngrößen beantworten unterschiedliche Fragen und benötigen unterschiedliche Formeln.
Bei saisonal schwankendem Bedarf (Heizung, Klimatisierung, Landwirtschaft) wird oft mit Jahresdauerlinien oder Lastprofilen gearbeitet, die den zeitlichen Verlauf p(t) über ein Jahr abbilden, statt mit einem einzelnen Mittelwert zu rechnen.
Fachlicher Hinweis: Ein realistischer Energiebedarf berücksichtigt Wirkungsgradverluste und – bei mehreren Verbrauchern – die tatsächliche Gleichzeitigkeit der Nutzung, nicht nur die Summe der Nennleistungen.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
E_Nutz benötigte Nutzenergie in kWh, P Leistung in kW, t Zeit in h, η Wirkungsgrad der Umwandlungs-/Ladekette (dimensionslos, 0<η≤1), E_Bedarf tatsächlich zu beschaffende (elektrische) Energie in kWh.
Beispiel und Vorgehensweise
Ein E-Auto soll eine leere 50-kWh-Batterie vollständig aufladen. Das Ladegerät hat einen Wirkungsgrad von η=0,91. Gesucht ist der Energiebedarf aus dem Netz.
- Werte notieren: E_Nutz=50 kWh, η=0,91.
- Formel wählen: E_Bedarf=E_Nutz/η.
- Einsetzen: E_Bedarf=50 kWh/0,91.
- Ergebnis: E_Bedarf≈54,9 kWh.
- Plausibilität: Rund 5 kWh Ladeverlust bei einer Vollladung ist ein realistischer Wert für AC-Laden.
Zusätzlich soll geprüft werden, wie sich der Bedarf ändert, wenn statt 50 kWh nur 35 kWh benötigt werden (Teilladung von 30 % auf 90 % State of Charge), und was das für die Ladekosten bei 0,35 €/kWh bedeutet.
Energiebedarf: E_Bedarf=35 kWh/0,91≈38,5 kWh. Kosten: K=38,5 kWh·0,35 €/kWh≈13,46 €. Der Vergleich zeigt: Eine Teilladung über den gleichen relativen SoC-Bereich benötigt proportional weniger Energie, aber der Wirkungsgradverlust (hier rund 3,5 kWh) bleibt anteilig gleich – bei häufigem Teilladen summieren sich diese Verluste über viele Ladezyklen.
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Passende Rechner
Weiterführend
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