Elektrische Energie einfach erklärt: Von Wattstunden und Kilowattstunden zu den Stromkosten

Ein kleiner Server läuft im Büro rund um die Uhr und zieht dabei 200 W. Was kostet das im Jahr? Auf die Frage gibt die Wattzahl allein keine Antwort, denn sie sagt nur, wie viel gerade umgesetzt wird. Dazu fehlt die Zeit. Erst wenn du beides verbindest, kommst du bei der Energie an, und die ist es, die auf der Stromrechnung steht.

Leistung und Energie: Wo der Unterschied liegt

Im Beitrag Elektrische Leistung einfach erklärt ging es darum, wie viel Energie pro Zeit umgesetzt wird. Die Energie selbst ist die Gesamtmenge über einen Zeitraum.

Ein Vergleich mit dem Auto hilft: Die Leistung entspricht der Geschwindigkeit auf dem Tacho, zum Beispiel 100 km/h. Die Energie entspricht der zurückgelegten Strecke, also den Kilometern auf dem Zähler. Bei 100 km/h über zwei Stunden kommst du auf 200 km. Genauso ergibt eine Leistung über eine bestimmte Zeit eine Energiemenge:

E = P × t

E = Energie in Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh)
P = Leistung in Watt (W) oder Kilowatt (kW)
t = Zeit in Stunden (h)

Läuft ein Gerät mit 60 W über 5 Stunden, hat es 300 Wh umgesetzt. Läuft es nur eine halbe Stunde, sind es 30 Wh.

Die Einheiten der Energie

Physikalisch ist die Einheit der Energie das Joule (J). Im Alltag der IT und auf der Stromrechnung begegnen dir aber andere Einheiten:

Einheit	Bedeutung	Umrechnung
Joule (J)	SI-Einheit der Energie	1 J = 1 Ws
Wattsekunde (Ws)	1 Watt über 1 Sekunde	1 Ws = 1 J
Wattstunde (Wh)	1 Watt über 1 Stunde	1 Wh = 3.600 J
Kilowattstunde (kWh)	1.000 Watt über 1 Stunde	1 kWh = 1.000 Wh = 3.600.000 J = 3,6 MJ

Die Umrechnung von Wh in J ist einfach, wenn du dir merkst, dass eine Stunde 3.600 Sekunden hat. Eine Wattstunde sind also 3.600 Wattsekunden.

Der häufigste Denkfehler bei den Einheiten ist die Formulierung „Kilowatt pro Stunde“. Sie klingt vertraut, ist aber falsch. Kilowatt ist bereits eine Leistung, also Energie pro Zeit. Die Energie heißt Kilowattstunde, ein Kilowatt mal eine Stunde.

Rechenbeispiel: Was kostet der Server?

Zurück zum Server mit 200 W im Dauerbetrieb. Wir rechnen in drei Schritten:

1. Energie pro Tag
   E = 200 W × 24 h = 4.800 Wh = 4,8 kWh

2. Energie pro Jahr
   E = 4,8 kWh × 365 = 1.752 kWh

3. Kosten pro Jahr (Beispielpreis 0,30 € je kWh)
   K = 1.752 kWh × 0,30 €/kWh = 525,60 €

Der Strompreis von 0,30 € je kWh dient hier nur als Rechenbeispiel. Der tatsächliche Preis hängt von Tarif und Anbieter ab und ändert sich im Lauf der Zeit. Nimm für deine eigene Rechnung den Wert aus deiner Stromrechnung oder dem Vertrag.

Ein Jahr hat 365 Tage und damit 8.760 Stunden. Mit dieser Zahl rechnest du Dauerbetrieb schnell hoch: Leistung in kW mal 8.760 ergibt die kWh pro Jahr.

Weitere Beispiele aus dem Büro

Die folgenden Werte sind Annahmen für die Rechnung. Reale Geräte weichen davon ab, und die Leistung hängt von der Last ab.

Gerät	Annahme	Energie pro Jahr	Kosten bei 0,30 €/kWh
Router	10 W, rund um die Uhr	87,6 kWh	26,28 €
Switch (24 Ports)	30 W, rund um die Uhr	262,8 kWh	78,84 €
Server	200 W, rund um die Uhr	1.752 kWh	525,60 €
Monitor	25 W, 8 h an 220 Arbeitstagen	44 kWh	13,20 €

Die Tabelle zeigt, was in der Praxis auffällt: Einzelne kleine Geräte kosten wenig. Dauerläufer summieren sich aber, weil sie 8.760 Stunden im Jahr laufen und nicht nur 1.760 Stunden wie ein Arbeitsplatz.

Standby: Kleine Leistung, lange Zeit

Ein Gerät im Standby zieht 5 W. Das wirkt unerheblich, doch über das Jahr hinweg ergibt sich:

5 W × 8.760 h = 43.800 Wh = 43,8 kWh
43,8 kWh × 0,30 €/kWh = 13,14 €

Für ein einzelnes Gerät ist das überschaubar. In einem Büro mit vielen Geräten kommt aber einiges zusammen.

Wie du den Verbrauch tatsächlich misst

Die Typenschildwerte zeigen die höchste Leistung, nicht den tatsächlichen Verbrauch. Wer es genau wissen will, misst. Dafür gibt es Energiekostenmessgeräte, die zwischen Steckdose und Gerät stecken. Sie zeigen die aktuelle Leistung in Watt und die bisher verbrauchte Energie in kWh an. Lass das Gerät dazu einen typischen Tag laufen und rechne den Wert hoch.

Ein Messgerät, das du einfach in die Steckdose steckst, ist unkritisch. Messungen an der festen Hausinstallation oder am Sicherungskasten gehören dagegen wie schon bei der Spannung in die Hand einer Elektrofachkraft.

Energie im Akku: Wh und mAh

Auch bei Akkus geht es um Energie. Auf Smartphone-Akkus und Powerbanks steht meist eine Kapazität in Milliamperestunden (mAh). Das ist eigentlich eine Ladungsmenge, keine Energie. Um sie in Energie umzurechnen, brauchst du die Spannung:

E = U × Q

Beispiel Smartphone-Akku: 4.000 mAh bei 3,85 V
E = 3,85 V × 4 Ah = 15,4 Wh

Rechne vorher mAh in Ah um (4.000 mAh sind 4 Ah). Erst dann stimmen die Einheiten.

Bei Powerbanks ist das hilfreich, weil zwei Geräte mit gleicher mAh-Angabe unterschiedlich viel Energie speichern können, wenn sich die Spannungen unterscheiden. Eine Powerbank mit 20.000 mAh bei 3,7 V hat 74 Wh. Davon kommen beim Laden eines Handys nicht alle an, weil beim Umwandeln auf 5 V Verluste entstehen. Rechnest du mit einem Wirkungsgrad von etwa 85 Prozent, sind es rund 63 Wh nutzbar.

Für Reisen ist die Wh-Angabe auch praktisch relevant: Fluggesellschaften legen Grenzen für Akkus im Handgepäck in Wattstunden fest, üblich sind 100 Wh. Prüfe vor der Reise die Regeln deiner Airline.

Wie lange hält eine USV?

Mit der gleichen Logik schätzt du die Laufzeit einer USV ab. Angenommen, sie hat zwei Akkus mit je 12 V und 9 Ah:

E = 12 V × 9 Ah × 2 = 216 Wh
nutzbar (Annahme: 70 %) ≈ 151 Wh

Laufzeit = Energie ÷ Leistung
Laufzeit = 151 Wh ÷ 150 W ≈ 1 h

Das ist eine grobe Schätzung. Die Laufzeit hängt von Last, Alter des Akkus und Entladeverhalten ab, und sie nimmt bei hoher Last stärker ab, als die Rechnung vermuten lässt. Die Laufzeitkurven im Datenblatt des Herstellers sind verlässlicher. Für die erste Einschätzung reicht die Formel.

Typische Fehler

• „kW pro Stunde“ schreiben. Richtig ist kWh.
• Minuten nicht in Stunden umgerechnet. 30 Minuten sind 0,5 h, nicht 30.
• mAh mit Wh gleichgesetzt. Die Spannung fehlt dann in der Rechnung.
• Typenschild als Verbrauch gelesen. Der tatsächliche Verbrauch liegt meist darunter und schwankt mit der Last.
• Mit 365 Stunden statt 8.760 gerechnet. Ein Jahr hat 365 Tage, aber 8.760 Stunden.

Zum Üben

1. Ein Gerät mit 60 W läuft 5 Stunden. Wie viel Energie in Wh und kWh wird umgesetzt?
2. Ein Gerät mit 150 W läuft 30 Tage rund um die Uhr. Wie viel kWh sind das, und was kostet es bei 0,30 €/kWh?
3. Rechne 2 kWh in Joule um.
4. Ein Akku hat 5.000 mAh bei 3,7 V. Wie viel Energie in Wh speichert er?
5. Ein Router mit 12 W läuft rund um die Uhr. Wie hoch sind die Jahreskosten bei 0,30 €/kWh?
6. Eine Powerbank hat 10.000 mAh bei 3,7 V. Ein Smartphone-Akku fasst 15 Wh. Wie oft lässt er sich bei einem Wirkungsgrad von 85 Prozent theoretisch laden?

Lösungen: (1) 60 W × 5 h = 300 Wh = 0,3 kWh. (2) 30 Tage × 24 h = 720 h, 150 W × 720 h = 108.000 Wh = 108 kWh, Kosten 108 × 0,30 € = 32,40 €. (3) 2 kWh = 2 × 3.600.000 J = 7.200.000 J = 7,2 MJ. (4) 3,7 V × 5 Ah = 18,5 Wh. (5) 12 W × 8.760 h = 105.120 Wh = 105,12 kWh, Kosten rund 31,54 €. (6) 3,7 V × 10 Ah = 37 Wh, nutzbar 37 × 0,85 ≈ 31,5 Wh, geteilt durch 15 Wh ergibt rund 2,1 Ladungen.

Das solltest du dir merken

• Leistung ist Energie pro Zeit. Energie ist Leistung mal Zeit: E = P × t.
• Auf der Stromrechnung steht die Energie in Kilowattstunden. 1 kWh sind 1.000 Wh oder 3.600.000 J.
• „kW pro Stunde“ ist falsch, richtig ist Kilowattstunde.
• Dauerläufer wie Server, Switches und Router laufen 8.760 Stunden im Jahr. Das macht sich in den Kosten bemerkbar.
• Akkus: Wh = Volt × Ah. Die mAh-Angabe allein sagt nichts über die gespeicherte Energie.
• Typenschildwerte sind Obergrenzen. Wer den tatsächlichen Verbrauch wissen will, misst.

Damit ist der Teil zu den elektrischen Grundlagen fast komplett. Im nächsten Beitrag schauen wir uns ein Bauteil an, in dem alles zusammenkommt, Spannung, Strom, Leistung und Wirkungsgrad: das PC-Netzteil im Beitrag Netzteile verstehen.