Der »Wirkungsgrad« ist das Verhältnis zwischen aufgewendeter Energie bzw. Leistung und nutzbarer Energie bzw. Leistung. Der Wirkungsgrad wird mit dem griechischen Buchstaben Eta abgekürzt und hat einen Wert zwischen 0 und 1 oder, in Prozenten ausgedrückt, zwischen 0 % und 100 %. Für Solarzellen bedeutet dies das Verhältnis von auftreffender Sonnenenergie zur erzeugten Strommenge; bei Solarkollektoren der in Nutzwärme umgesetzte Anteil der auftreffenden Solarenergie.
Das in einem Brennstoff mehr als 100 % Energie stecken, ist reine Definitionssache. Mit den frühen Heizkesseln wurde der Begriff Heizwert (unterer Heizwert) festgelegt als Angabe für die Menge an Wärme, die beim Verbrennen von Öl oder Erdgas entsteht. Der Heizwert gibt an, wie hoch der Wirkungsgrad von Kesseln damals maximal sein konnte: 100 %.
Die Abgase wurden relativ heiß in den Schornstein geschickt, damit dieser nicht durch Kondensat versottet. Sie enthalten auch Wasserdampf, der beim Verdunsten Energie aufgenommen hat. Moderne Brennwertkessel kühlen diese Abgase heute so weit, dass der Wasserdampf wieder kondensiert und dabei die enthaltene Energie wieder abgibt. Die Wärmemenge, die beim Verbrennen entsteht plus der Energiegewinn durch die Abkühlung wird Brennwert (oder oberer Heizwert) genannt. In Erdgas stecken etwa 11 % an Kondensationswärme, in Erdöl etwa 6 bis 7 %. Zum unteren Heizwert ergeben sich so Zahlen von 111 oder 107 %.
Der theoretisch mögliche Wert von 1 bzw. 100 % kann in der Praxis nicht erreicht werden, weil bei allen Vorgängen Energieverluste beispielsweise durch Wärme oder Reibung entstehen. Ein Wirkungsgrad größer 1 entspräche einem Perpetuum Mobile 1. Art, was aufgrund des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik nicht möglich ist. Bei einer Wärmepumpe kann jedoch 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 (die aus der Sonnenenergie stammt) zu transportieren.
In der Praxis haben beispielsweise Steinkohlekraftwerke Wirkungsgrade von bis zu 45 %, der von Braunkohlekraftwerken liegt bei etwa 40 %. Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (Abkürzung »PEM«) erreichen einen Wirkungsgrad von über 60 %.
siehe auch:
- BHKW
- Brennstoffzellen
- Brennwertkessel
- Energiekosten
- EnEV
- Geothermie
- Heizkessel-Erneuerung
- Pellets
- Photovoltaik
- Solarthermie
