Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen nutzbarer Energie bzw. Leistung und aufgewendeter Energie bzw. Leistung.

Der Wirkungsgrad wird mit η (Eta) abgekürzt und hat einen Wert zwischen 0 und 1 oder, in Prozenten ausgedrückt, zwischen 0% und 100%.

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1 Wirkungsgrad, Wertebereich
2 Beispiele
3 Weblinks

Wirkungsgrad, Wertebereich

Der theoretisch mögliche Wert von 1 bzw. 100% kann in der Praxis nicht erreicht werden, weil bei allen Vorgängen Energieverluste z.B. durch Wärme oder Reibung entstehen. Ein Wirkungsgrad größer 1 entspräche einem Perpetuum Mobile erster Art, was aufgrund des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik nicht möglich ist. Nach der oben genannten Berechnung kann z.B. bei der Wärmepumpe oder Energieproduktion durch Kohleabbau ein Wirkungsgrad von größer 1 entstehen, da hier die Nutzenergie nicht aus der eingesetzten Energie umgewandelt wurde, sondern die eingesetzte Energie dazu verwendet wird, bereits in der Umgebung vorhandene Wärmeenergie zu transportieren.

Beispiele

Wirkungsgrad, Beispiele

Gerät            Nutzbare       Aufgewandte  Wirkungsgrad
                   Energie        Energie
Elektromotor     Elektrisch     Mechanisch  60-95%
Ottomotor        Chemisch       Mechanisch  20%
Dieselmotor      Chemisch       Mechanisch  35%
Photosynthese,  Sonnenstrahlung Wärme       0.1-5%
  Erzeugung von                             (1)
  Biomasse und
  anschließende
  Verbrennung
Kohle-Abbau,      Mechanisch    Wärme       30% (?)
  Abbau von                                 (2)
  Kohle und
  anschließende
  Verbrennung
Sonnenkollektor Sonnenstrahlung Wärme       30-50%
Lagerfeuer       Chemisch       Wärme       80-90% (?)
Lagerfeuer,      Chemisch       Wärme       5% (?)
  zum Kochen                                (3)
  nutzbare
  Energie
Gaskocher        Chemisch       Wärme       80-90%
Gaskocher,                                  5% (?)
  zum Kochen
  nutzbare
  Energie
Offener Kamin    Chemisch       Wärme       10-30%
Kohleofen,       Chemisch       Wärme       30-50%
  Haushalt
Kohleofen,       Chemisch       Wärme       80-90%
  Industrie
Kraftwerk        Chemisch       Elektrisch  40% (4)
Kraftwerk, mit   Chemisch       Elektr. +
  Kraft-Wärme                     Wärme     85% (5)
  Kopplung
Generator        Mechanisch     Elektrisch  95% (6)
Fahrraddynamo    Mechanisch     Elektrisch  20-45%
Solarzelle      Sonnenstrahlung Elektrisch  10-30% (7)
Brennstoffzelle  Chemisch       Elektrisch  50-80%
Transformator    Elektrisch     Elektrisch  95%
Bemerkungen:
(1) Anteil der Sonnenenergie, die zur Erzeugung von Biomasse (z.B. Holz) genutzt wird, die anschließend zur Verbrennung zur Verfügung steht.
(2) Energie der geförderten Kohle, die zur Verbrennung zur Verfügung steht.
Der größere Teil der geförderten Kohle erzeugt die für die Förderung der Kohle benötigte Energie (Zahl geschätzt).
(3) Ein Lagerfeuer setzt den Brennstoff mit hohem Wirkungsgrad in Wärme um (s.a. Unterscheidung zwischen Brenn- und Heizwert). Aber nur ein geringer Teil der Wärme erhitzt einen Topf, der über dem Feuer hängt. Der größte Teil erwärmt die umgebende Luft.
(4) Theoretische Grenze des Wirkungsgrads wird durch Carnot-Prozess vorgegeben.
(5) Nutzung der Abwärme z.B. für Fernheizung.
(6) Gas- bzw. Wasserturbinen besitzen einen Wirkungsgrad nahe 100%. Es ist die Bereitstellung der Prozessmittel (strömendes Gas, Wasser) aus (4), die den Wirkungsgrad begrenzt.
(7) Der Wirkungsgrad älterer Solarzellen ist so klein und die Herstellung so aufwändig, das die Energie, die sie während ihrer Lebensdauer erzeugt, nicht ausreicht, die Energie für ihre Herstellung zu kompensieren.
Diese Überlegung gilt allgemein. Wieviel Energie muss z.B. ein Kraftwerk erzeugen, um damit nicht nur seinen Aufbau, sondern am Ende auch den vollständigen Abriss zu finanzieren.

Beispiele für den Wirkungsgrad einiger Lichtquellen

Leuchte        Wirkungsgrad  Lichtausbeute
                     in %    in lm/W
Kerze                0,04     0,1
Öllampe              0,08     0,2
Starklichtlampe      0,4      1
Glühbirne            4       10-20
Leuchtdiode         15        5-50
Hg-Metalldampflampe 15       30-40
Leuchtstoffröhre    20       30-50
Na-Metalldampflampe 28       40-70

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