Eine Kilowattstunde ( kWh ) ist eine nicht-SI- Einheit für Energie und entspricht 3,6 Megajoule (MJ) im SI-System. Dies ist die Energiemenge, die von einem Kilowatt Leistung über eine Stunde abgegeben wird . Kilowattstunden sind eine gängige Abrechnungseinheit für elektrische Energie, die von Energieversorgungsunternehmen geliefert wird . Metrische Präfixe werden für Vielfache und Bruchteile der Basiseinheit Wattstunde (3,6 kJ ) verwendet.

Definition

Die Kilowattstunde (kWh) ist eine zusammengesetzte Energieeinheit, die einem Kilowatt (kW) multipliziert mit einer Stunde entspricht (d. h. über einen Zeitraum von einer Stunde aufrechterhalten wird). Die SI-Einheit für Energie ist das Joule ( Symbol J). Da ein Watt per Definition einem Joule pro Sekunde entspricht und eine Stunde  3600 Sekunden hat , entspricht eine kWh 3600 Kilojoule oder 3,6 MJ. [ 1 ] [ 2 ]

Einheitendarstellungen

Das weit verbreitete Symbol für die Kilowattstunde ist kWh , eine Kombination aus kW (für Kilowatt) und h (für Stunde). Diese Einheit (und dieses Symbol) wird häufig von Energieversorgungsunternehmen in der Abrechnung der an Verbraucher gelieferten Energie sowie in kommerziellen, wissenschaftlichen und pädagogischen Publikationen und in den Medien verwendet. [ 3 ] [ 4 ] Sie ist auch die übliche Einheitenbezeichnung in der Elektrotechnik. [ 5 ] Diese gebräuchliche Darstellung entspricht jedoch nicht den Richtlinien des Internationalen Einheitensystems (SI). [ 6 ]

Es können auch andere Darstellungsformen der Einheit auftreten:

  • kW⋅h und kW h sind weniger gebräuchlich, entsprechen aber dem SI-Einheitensystem. Die SI-Broschüre [ 6 ] gibt an, dass bei der Bildung zusammengesetzter Einheitensymbole „Multiplikationen durch ein Leerzeichen oder einen halbhohen (zentrierten) Punkt (⋅) gekennzeichnet werden müssen, da sonst einige Präfixe fälschlicherweise als Einheitensymbol interpretiert werden könnten.“ Dies wird durch einen Standard [ 7 ] unterstützt , der gemeinsam von einer internationalen ( IEEE ) und einer nationalen ( ASTM ) Organisation herausgegeben wurde, sowie durch einen wichtigen Styleguide [ 8 ] . Der IEEE/ASTM-Standard erlaubt jedoch kWh (erwähnt aber keine anderen Vielfachen der Wattstunde). Ein vom NIST veröffentlichter Leitfaden rät ausdrücklich von der Verwendung von kWh ab , „um mögliche Verwechslungen zu vermeiden“ [ 9 ] .
  • Im Jahr 2014 wurde in den Vereinigten Staaten auf dem offiziellen Aufkleber zur Angabe des Kraftstoffverbrauchs von Elektrofahrzeugen die Abkürzung kWh verwendet . [ 10 ]
  • Manchmal treten Abweichungen in der Großschreibung auf: KWh , KWH , kwh usw., die nicht mit dem Internationalen Einheitensystem übereinstimmen.
  • Die Notation kW/h für Kilowattstunde ist falsch, da sie Kilowatt pro Stunde bezeichnet.

Die Stunde ist eine Zeiteinheit, die zu den nicht-SI-Einheiten zählt, die vom Internationalen Büro für Maß und Gewicht zur Verwendung mit dem SI akzeptiert werden. [ 6 ]

Eine elektrische Heizung mit einer Leistungsaufnahme von 1.000 Watt (1 Kilowatt), die eine Stunde lang in Betrieb ist, verbraucht eine Kilowattstunde Energie, ebenso wie ein Fernseher mit einer Leistungsaufnahme von 100 Watt, der 10 Stunden lang ununterbrochen läuft, oder ein elektrisches Gerät mit einer Leistungsaufnahme von 40 Watt, das 25 Stunden lang ununterbrochen läuft.

Stromverkäufe

Elektrische Energie wird üblicherweise in Kilowattstunden (kWh) an Verbraucher verkauft. Die Betriebskosten eines elektrischen Geräts mit konstantem Stromverbrauch berechnen sich, indem man den Stromverbrauch des Geräts in Kilowatt mit der Betriebsdauer in Stunden und dem Preis pro Kilowattstunde multipliziert ( bei schwankendem Stromverbrauch ist eine numerische Integration erforderlich). Der von Energieversorgungsunternehmen berechnete Strompreis kann vom Verbrauchsverhalten des Kunden abhängen. Die Preise variieren regional erheblich. In den Vereinigten Staaten können die Preise in verschiedenen Bundesstaaten um den Faktor drei schwanken. [ 11 ]

Während kleinere Kunden in der Regel nur für Energie, Übertragungsdienstleistungen und die Nennleistung zahlen, entrichten größere Verbraucher zusätzlich Gebühren für den Spitzenstromverbrauch – die höchste innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums, beispielsweise 15 Minuten, gemessene Leistung. Dies kompensiert den Energieversorger für die Aufrechterhaltung der Infrastruktur zur Bereitstellung von Spitzenstrom. Die Gebühren werden bedarfsabhängig abgerechnet. [ 12 ] Industriekunden können zudem je nach Leistungsfaktor ihrer Last mit zusätzlichen Gebühren belastet werden.

Die Energieerzeugung bzw. der Energieverbrauch wird häufig in Terawattstunden (TWh) für einen bestimmten Zeitraum, meist ein Kalenderjahr oder ein Geschäftsjahr , angegeben . Ein Jahr mit 365 Tagen hat 8.760 Stunden, daher entspricht eine Gigawattstunde (GW) über ein Jahr hinweg 8,76 Terawattstunden Energie. Umgekehrt entspricht eine Terawattstunde einer Dauerleistung von etwa 114 Megawatt über ein Jahr.

Beispiele

Im Jahr 2020 verbrauchte ein durchschnittlicher Haushalt in den Vereinigten Staaten 893 kWh pro Monat [ 13 ] , was einem fortlaufenden durchschnittlichen Stromverbrauch pro Haushalt von 1,22 kW entspricht.

Das Erhitzen von 1 Liter Wasser von Raumtemperatur bis zum Siedepunkt mit einem Wasserkocher benötigt etwa 0,1 kWh.

Eine 12-Watt -LED-Lampe, die dauerhaft leuchtet, verbraucht etwa 0,3 kWh pro 24 Stunden und etwa 9 kWh pro Monat.

Bezogen auf die menschliche Arbeitskraft leistet ein gesunder, erwachsener, männlicher Arbeiter im Rahmen einer achtstündigen Arbeitszeit eine Arbeit, die etwa einer halben Kilowattstunde entspricht. [ 14 ]

Umrechnungen

Um eine in einer Einheit der linken Spalte gemessene Größe in die Einheiten der obersten Zeile umzurechnen, multiplizieren Sie sie mit dem Faktor in der Zelle, in der sich Zeile und Spalte schneiden.

JouleWattstunde Kilowattstunde ElektronenvoltKalorie
1 J = 1 kg⋅m 2 ⋅s −2 = 1 2,77778 × 10 −42,77778 × 10 −76,241 × 10 180,239
1 Wh = 3,6 × 10³1 0,001 2,247 × 10 22859,8
1 kWh = 3,6 × 10 61.000 1 2,247 × 10 258,598 × 10 5
1 eV = 1,602 × 10 −194,45 × 10 −234,45 × 10 −261 3,827 × 10 −20
1 Kalorie = 4.184 1,162 × 10 −31,162 × 10 −62,612 × 10 191

Wattstunden-Vielfache

SI-Vielfache der Wattstunde (Wh)
Wert Symbol Name
10-6μW⋅hMikrowattstunde
10−3mWhMilliwattstunde
100W⋅hWattstunde
103kW⋅hKilowattstunde
106MW⋅hMegawattstunde
109GW⋅hGigawattstunde
1012TW⋅hTerawattstunde
1015PW⋅hPetawattstunde

Die Wattstunde (Wattstunde) wird üblicherweise mit SI-Vorzeichen versehen: Eine Kilowattstunde (kWh) entspricht 1.000 Wh, eine Megawattstunde (MWh) einer Million Wh usw. Stromversorger verwenden die Kilowattstunde (kWh) häufig zur Abrechnung, da der monatliche Energieverbrauch eines typischen Haushaltskunden zwischen einigen Hundert und einigen Tausend Kilowattstunden liegt. Megawattstunden ( MWh ), Gigawattstunden (GWh) und Terawattstunden (TWh) werden oft zur Messung größerer Strommengen bei Industriekunden und in der Energieerzeugung eingesetzt. Die Einheiten Terawattstunde (TWh) und Petawattstunde (PWh) sind groß genug, um die jährliche Stromerzeugung ganzer Länder und den weltweiten Energieverbrauch anschaulich darzustellen .

Unterschied zwischen kWh (Energie) und kW (Leistung)

Ein Kilowatt ist eine Einheit der Leistung (Energieflussrate pro Zeiteinheit). Eine Kilowattstunde ist eine Einheit der Energie. Kilowatt pro Stunde entspricht der Änderungsrate des Leistungsflusses über die Zeit.

Arbeit ist die einem System zugeführte Energiemenge; Leistung ist die Rate der Energiezufuhr. Energie wird in Joule oder Wattsekunden gemessen . Leistung wird in Watt oder Joule pro Sekunde gemessen .

Eine Batterie speichert beispielsweise Energie. Wenn die Batterie diese Energie abgibt, geschieht dies mit einer bestimmten Leistung, also mit einer bestimmten Abgaberate. Je höher die Leistung, desto schneller wird die gespeicherte Energie der Batterie abgegeben. Eine höhere Abgabeleistung führt dazu, dass die gespeicherte Energie der Batterie in kürzerer Zeit aufgebraucht wird.

Jahresleistung

Die Stromerzeugung und der Stromverbrauch werden mitunter jährlich in Einheiten wie Megawattstunden pro Jahr (MWh/Jahr), Gigawattstunden pro Jahr (GWh/Jahr) oder Terawattstunden pro Jahr (TWh/Jahr) angegeben. Diese Einheiten geben die Energie pro Zeiteinheit an und sind somit Leistungseinheiten. Sie lassen sich in SI-Leistungseinheiten umrechnen, indem man sie durch die Anzahl der Stunden eines Jahres teilt, etwa 10 MWh/Jahr.8760 h/Jahr .

Somit ist 1 GWh/Jahr = 1 GWh/8760 h ≈114,12 kW .

Missbrauch der Wattzahl pro Stunde

Viele zusammengesetzte Einheiten für verschiedene Größen beziehen sich explizit auf Zeiteinheiten, um eine Veränderung im Zeitverlauf anzugeben. Beispiele hierfür sind Meilen pro Stunde, Kilometer pro Stunde und Dollar pro Stunde. Leistungseinheiten wie kW messen bereits die Energiemenge pro Zeiteinheit (kW = kJ / s ). Kilowattstunden sind das Produkt aus Leistung und Zeit, nicht die Änderungsrate der Leistung über die Zeit.

Watts per hour (W/h) is a unit of a change of power per hour, i.e. an acceleration in the delivery of energy. It is used to measure the daily variation of demand (e.g. the slope of the duck curve), or ramp-up behavior of power plants. For example, a power plant that reaches a power output of 1 MW from 0 MW in 15 minutes has a ramp-up rate of 4 MW/h.

Other uses of terms such as watts per hour are likely to be errors.[15][16]

Several other units related to kilowatt-hour are commonly used to indicate power or energy capacity or use in specific application areas.

Average annual energy production or consumption can be expressed in kilowatt-hours per year. This is used with loads or output that vary during the year but whose annual totals are similar from one year to the next. For example, it is useful to compare the energy efficiency of household appliances whose power consumption varies with time or the season of the year. Another use is to measure the energy produced by a distributed power source. One kilowatt-hour per year equals about 114.08 milliwatts applied constantly during one year.

The energy content of a battery is usually expressed indirectly by its capacity in ampere-hours; to convert ampere-hour (Ah) to watt-hours (Wh), the ampere-hour value must be multiplied by the voltage of the power source. This value is approximate, since the battery voltage is not constant during its discharge, and because higher discharge rates reduce the total amount of energy that the battery can provide. In the case of devices that output a different voltage than the battery, it is the battery voltage (typically 3.7 V for Li-ion) that must be used to calculate rather than the device output (for example, usually 5.0 V for USB portable chargers). This results in a 500 mA USB device running for about 3.7 hours on a 2,500 mAh battery, not five hours.

The Board of Trade unit (B.T.U.)[17] is an obsolete UK synonym for kilowatt-hour. The term derives from the name of the Board of Trade which regulated the electricity industry until 1942 when the Ministry of Power took over.[18] It is distinct from a British Thermal Unit (BTU) which is 1055 J.

In Indien wird die Kilowattstunde oft einfach als Energieeinheit bezeichnet . Eine Million Einheiten ( MU ) entsprechen einer Gigawattstunde, und eine Milliarde Einheiten ( BU ) entsprechen einer Terawattstunde. [ 19 ] [ 20 ]

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Thompson, Ambler und Taylor, Barry N. (2008). Leitfaden zur Verwendung des Internationalen Einheitensystems (SI). Archiviert am 3. Juni 2016 in der Wayback Machine (Sonderveröffentlichung 811). Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology. 12.
  2. ^ „Halbhohe Punkte oder Leerzeichen werden verwendet, um eine abgeleitete Einheit auszudrücken, die durch Multiplikation aus zwei oder mehr anderen Einheiten gebildet wird.“ (Barry N. Taylor, Ausgabe 2001). Das Internationale Einheitensystem. Archiviert am 3. Juni 2016 im Internet Archive (Sonderveröffentlichung 330). Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology. 20.
  3. ^ IEC Electropedia, Eintrag 131-11-58, archiviert am 14. März 2016 im Internet Archive (Wayback Machine).
  4. Siehe beispielsweise: Wind Energy Reference Manual Part 2: Energy and Power Definitions (Archiviert am 26. November 2007 im Internet Archive , Dänischer Windenergieverband, abgerufen am 9. Januar 2008); „Kilowattstunde (kWh)“ (Archiviert am 2. März 2016 im Internet Archive , BusinessDictionary.com, abgerufen am 9. Januar 2008); „US-Atomkraftindustrie“ (Archiviert am 26. November 2007 im Internet Archive , www.world-nuclear.org, abgerufen am 9. Januar 2008); „Energie. Eine Einführung: Einheiten verstehen“ ( Archiviert am 26. November 2007 im Internet Archive , Renew On Line (UK) , The Open University , abgerufen am 9. Januar 2008).
  5. ^ ASTM SI10-10, IEEE/ASTM SI 10 American National Standard for Metric Practice, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2010, [www.astm.org] „Die Symbole für bestimmte zusammengesetzte Einheiten der Elektrotechnik werden üblicherweise ohne Trennung geschrieben, also: Wattstunde (Wh), Kilowattstunde (kWh), Voltampere (VA) und Kilovoltampere (kVA)“
  6. ^ a b c „Das Internationale Einheitensystem (SI)“ (PDF) . Internationales Büro für Maß und Gewicht (BIPM). 2019. S. 147. Abgerufen am 7. April 2020 .
  7. ^ Standard für die Verwendung des Internationalen Einheitensystems (SI): Das moderne metrische System. (1997). (IEEE/ASTM SI 10-1997). New York und West Conshohocken, PA: Institute of Electrical and Electronics Engineers und ASTM . 15.
  8. ^ „10.57: Einheiten, die von SI-Basiseinheiten abgeleitet sind“. The Chicago Manual of Style (17. Aufl.). Chicago: University of Chicago Press. 2017. Abgerufen am 1. April 2020 .
  9. ^ „Leitfaden zur Verwendung des Internationalen Einheitensystems (SI)“ (PDF) . National Institute of Standards and Technology . 2008. Abgerufen am 6. April 2020. Referenz [4: ISO 31-0] legt nahe, dass ein Leerzeichen zur Kennzeichnung von durch Multiplikation gebildeten Einheiten weggelassen werden kann, sofern es keine Verwechslungsgefahr birgt. Diese Möglichkeit spiegelt sich in der gängigen Praxis wider, für die Kilowattstunde das Symbol kWh anstelle von kW⋅h oder kW h zu verwenden. Dennoch vertritt dieser Leitfaden die Auffassung, dass zur Vermeidung möglicher Verwechslungen stets ein halbhoher Punkt oder ein Leerzeichen verwendet werden sollte.
  10. ^ „Elektrofahrzeuge: Erfahren Sie mehr über das neue Label“ . fueleconomy.gov . US-Energieministerium . Abgerufen am 10. August 2014 .
  11. ^ Durchschnittlicher Strompreis für Endkunden nach Endverbrauchssektor , US-Energieinformationsbehörde, April 2018
  12. ^ „Understanding Electric Demand“ (Archiviert am 6. Juni 2016 in der Wayback Machine , National Grid)
  13. ^ „Wie viel Strom verbraucht ein amerikanischer Haushalt?“ US-Energieinformationsbehörde. 7. Oktober 2021. Abgerufen am 11. Juni 2022 .
  14. ^ Eugene A. Avallone et al. (Hrsg.), Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers, 11. Auflage , McGraw-Hill, New York 2007, ISBN 0-07-142867-4Seite 9-4
  15. ^ Woofenden, Ian (5. Oktober 2009). Windkraft für Dummies . John Wiley & Sons. S. 48. ISBN 978-0-470-49637-4Viel zu oft höre ich Leute so etwas sagen wie ... „Watt pro Stunde“ ...
  16. ^ Home Power . Electron Connection. 2007. Watt pro Stunde. Diese unsinnige Formulierung steht ganz oben auf meiner Liste der Ärgernisse in der Elektrotechnik.
  17. ^ E. M. Kirkpatrick (Hrsg.) (1983). Chambers 20th Century Dictionary (Neue Ausgabe). Edinburgh: Chambers. S. 137. ISBN 0550102345Die
  18. ^ „Das Handelsministerium 1621–1970“ . Ministerium für Wirtschaft, Innovation und Qualifikationen . Archiviert vom Original am 4. März 2010.
  19. ^ „Lernen Sie mehr über Elektrizität“ . The Financial Express . 20. Dezember 2004. Abgerufen am 29. November 2009 .{{cite news}}CS1-Wartung: Veralteter Archivierungsdienst ( Link )
  20. ^ „Von BHEL gefertigte Anlagen erzeugen Rekordstrom“ . The Hindu . Press Trust of India . 24. Juli 2008. Archiviert vom Original am 7. November 2012. Abgerufen am 29. November 2009 .