Was ist der Wirkungsgrad?
Der Wirkungsgrad η (griechisch: Eta) beschreibt das Verhältnis von nutzbarer zu zugeführter Energie. Er gibt an, wie effizient eine Maschine, ein Motor oder ein System arbeitet. Ein Wirkungsgrad von 100% wäre ideal – in der Praxis gehen aber immer Anteile als Wärme, Reibung oder Strahlung verloren.
Die Formel lautet: η = P_nutz / P_zu × 100%. Dabei steht P_nutz für die nutzbare Leistung (oder Energie) und P_zu für die zugeführte Leistung. Bei einem Motor mit 35% Wirkungsgrad werden von 100 Watt Eingangsleistung nur 35 Watt in mechanische Arbeit umgewandelt.
Wirkungsgrade verschiedener Systeme
Elektromotoren sind mit 85-95% sehr effizient.Verbrennungsmotoren erreichen dagegen nur 25-45% – der Großteil der Energie verpufft als Abwärme.Brennwertkessel für Gas kommen auf bis zu 98%, während alte Ölheizungen oft nur 70% schaffen.
Besonders interessant sind Wärmepumpen: Sie erreichen scheinbare Wirkungsgrade über 100%, weil sie zusätzlich Umweltwärme nutzen. Hier spricht man vom COP (Coefficient of Performance) – ein COP von 4 bedeutet: Für 1 kWh Strom liefert die Pumpe 4 kWh Wärme.
Verluste und Effizienz
Die Differenz zu 100% sind die Verluste. Diese entstehen durch Reibung, elektrischen Widerstand, Wärmestrahlung oder unvollständige Verbrennung. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass bei jeder Energieumwandlung Verluste unvermeidlich sind.
Bei Kraftwerken liegt der thermische Wirkungsgrad meist zwischen 33% (Kernkraft) und 60% (moderne Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke). Die Abwärme wird oft über Kühltürme an die Umgebung abgegeben – oder bei Kraft-Wärme- Kopplung für Fernwärme genutzt.
Gesamtwirkungsgrad berechnen
Bei hintereinandergeschalteten Systemenmultipliziert man die Einzelwirkungsgrade. Beispiel: Ein Kraftwerk mit 40% und eine Stromleitung mit 95% ergeben zusammen nur 38% Gesamtwirkungsgrad (0,40 × 0,95 = 0,38).
Deshalb ist es oft sinnvoller, Energie dort zu erzeugen, wo sie gebraucht wird – etwa mit Solarzellen auf dem Dach statt in einem fernen Kraftwerk mit langen Übertragungswegen.