Wie die Wattstunden einer Batterie berechnet werden

Technologische Fortschritte im Alltag machen es notwenig, wichtige Grundlagen zur Berechnung von Akku-Ladezeiten, des Stromverbrauches von Haushaltsgeräten oder der Energiespeicherkapazitäten von Photovoltaik-Anlagen zu beherrschen. So behalten auch Nichtexperten den Überblick über ihren Stromverbrauch sowie über die Leistungen von Solarmodulen und Batterien. Lesen Sie diesen Artikel, um zu erfahren, wie sie berechnet man die Wattstunden einer Batterie.

Eine Wattstunde-Wh ist eine Maßeinheit der Energie. Sie entspricht der Leistung eines elektrischen Gerätes oder einer Akku-Kapazität für die Dauer einer Stunde. Berechnet wird ein Watt pro Stunde mit der Leistung in W x Zeit in h. Hat beispielsweise ein Gerät eine Leistung von 1.000 Watt und ist drei Stunden lang in Betrieb, beläuft sich der Gesamtverbrauch auf 3.000 Wattstunden-Wh oder 3 Kilowattstunden kWh.

Ampere, Volt, Watt – auch wenn bei den meisten Batterien die Kapazitäten von Akkus in Amperestunden Ah angegeben werden, so spielen doch die angegebenen Watt pro Stunde eine ausschlaggebende Rolle bei der Kalkulation der tatsächlichen Leistung. Ein Akku mit einer Kapazität von 10 Wh beispielsweise kann es in einer Stunde auf eine 10-Watt-Leistung bringen.

• Mit Stromstärke und Leistung lässt sich die elektrische Spannung in der Maßeinheit Volt bestimmen. Eine hohe elektrische Spannung erzeugt einen hohen Druck, der seinerseits für einen schnellen Stromfluss sorgt. Mit der Maßeinheit Volt wird die maximale Leistungskapazität einer Stromleitung angegeben. Um die elektrische Spannung zu berechnen, wird Leistung in Watt durch Stromstärke in Ampere geteilt: V = W : A.
• Amperestunden Ah geben die Nennkapazität oder die zur Verfügung stehende Stromstärke eines Gerätes oder Akkus an. Mit der Maßeinheit Ampere wird bestimmt, wie viele Elektronen in einer festgelegten Zeitspanne durch eine Stromleitung fließen können. Gemeinsam mit den Amperestunden werden an elektrischen Geräten und Batterien Angaben zur Spannung V gemacht.
• Andererseits lassen sich Wattstunden in Amperestunden umrechnen, so dass die exakte Strommenge eines Gerätes mithilfe der Kapazität eines Akkus bestimmt werden kann. Dabei wird die Wattstundenzahl Wh durch die Spannung V geteilt: Wh / V = Ah.
• Beispiel 1: Ein Akku mit 12 Ah und einer Spannung von 40 V bringt es auf 480 Wh insgesamt. 12 Ah x 40 V = 480 Wh.
• Beispiel 2: Ein Akku mit einer Kapazität von 5 Wh kann ein Gerät mit einem Leistungsverbrauch von 5 Watt eine Stunde lang mit Stromzufuhr decken.

Eine Wattstunde-Wh ist sowohl die Menge an Energie, die ein Gerät mit einer Leistung von 1 Watt in einer Stunde verbraucht als auch die Kapazität, die eine Batterie in einer Stunde erbringt. Die meisten Elektrogeräte und Haushaltsgeräte haben einen Verbrauch von über 1.000 Watt (was einem Kilowatt entspricht) und geben die Leistung in Kilowattstunden kWh (1 kWh und mehr) an.Doch nicht alle Geräte oder Akkus führen die Leistung in Watt an, sondern bezeichnen die Nennstärke in Ampere sowie die elektrische Spannung in Volt. Wie also kann der Strominhalt in Wattstunden-Wh berechnet werden, wenn nur Amperestunden Ah und Volt V angegeben sind? Dies lässt sich ganz einfach durchführen, indem die beiden Faktoren Ah und V multipliziert werden. Das Produkt der Multiplikation entspricht der tatsächlichen Leistung des Gerätes oder der Akkukapazität in Wattstunden-Wh: Wh = Ah x V.

• Beispiel 1: Ein Akku mit Amperestunden 20 Ah und einer Spannung von 72 Volt erreicht eine Leistungskapazität von 1.440 Watt pro Stunde. 20 Ah x 72 V = 1.440 Wh (1,440 kWh)
• Beispiel 2: Die Nennkapazität einer Langzeitbatterie für Solaranlagen beträgt 100 Ah und kommt mit einer Nennspannung von 12 V. Die maximale Leistungskapazität der Langzeitbatterie pro Stunde lässt sich dann aus der Multiplikation 100 Ah x 12 V berechnen: 100 Ah x 12 V = 1.200 Wh

Mini-Solaranlagen, die sich beliebig platzieren lassen, bestehen aus ein bis drei oder auch mehr kleineren Solarpanelen und können direkt an das Stromnetz im Haus, in der Wohnung oder auf dem Campingplatz angeschlossen werden. So lässt sich der durch Lichtenergie gewonnene Strom über Schuko-Stecker einspeisen. Kleine Solaranlagen haben den Vorteil, dass sie von Hausbewohnern selbst betrieben und kontrolliert werden können. Andererseits ist der Energiegewinn von Mini-Photovoltaikpanelen deutlich geringer im Vergleich zu großen Photovoltaikanlagen auf Dächern.Die maximale Leistung der Mini-Solarpanel sollte kombiniert nicht 600 Watt übersteigen (Ab 2024 sind 800Watt-Mini-Solaranlage erlaubt). Der von den Solarpanels erzeugte Gleichstrom wird über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und ist sofort verfügbar. Mit der relativ kleinen Leistung können Leuchten, Fernseher oder Computer in beschränkter Anzahl betrieben werden.Solarpanel verfügen über Zellen, die jeweils 0,5 V Spannung generieren. Dies bedeutet, dass ein Solarmodul mit 40 Zellen bis zu 24 V liefert und bei 9,8 Ah eine relativ hohe Stromausbeute demonstriert. 11 Ah x 24 V = 264 Wh (Wattstunde Solar).

Die Kapazität einer Batterie im Amperestunden Ah steht für die Strommenge, die ein Akku generieren oder liefern kann. Wie lässt sich demnach die Kapazität eines Akkus einfach berechnen? Indem der Energieverbrauch der elektrischen Geräte in Watt mit der Einschaltdauer in Stunden verrechnet wird.Die Anzahl der Wattstunden einer Batterie lässt sich durch die Multiplikation der Spannung V mit der Anzahl der Ampere Ah berechnen. Eine 15-V-Batterie beispielsweise, die über eine Kapazität von 100 Ampere verfügt, weist eine Wattstundenanzahl von 1.500 Wh auf.

Wie viel Watt pro Stunde können in einer 100 Ah-Batterie gespeichert werden? Dies ist von der Nennspannung V und Nennkapazität Ah einer Batterie abhängig. Bei einer Nennspannung von 12 V und Nennkapazität von 20 Ah wären dies 12 V x 20 Ah = 240 Wh. Hierbei handelt es sich um die maximale Leistung der Batterie. Da jedoch geläufige Akkus höchstens bis auf einen Niedrigstand von 30 % entleert werden dürfen, sind Solarpanel mit einer Leistung von + 25 % empfehlenswert. In unserem Beispiel wäre dies eine Stromzufuhr von 300 Wattstunden. Bleisäure-Batterien dürfen nur bis maximal 50 % entladen werden, so dass beispielsweise ein Solarmodul dann ein zusätzliches Leistungspotential von 50 % Wh erbringen muss.Zu beachten gilt der Peukert-Effekt. Dieser bezieht sich auf die Entladungsrate, mit welcher die Strommenge in Verbindung mit der Geschwindigkeit aus einer Batterie entzogen wird. Denn je höher der Stromfluss, der aus einer Batterie entnommen wird, desto schneller verringert sich die tatsächliche Kapazität der Batterie. Batterien mit einem Peukert-Exponenten von 1,0 sind in kleinerem Maße von dem Peukert-Effekt beeinflussbar.

Eine 120 Ah-Batterie, aus der ununterbrochen 10 Ampere Strom entzogen werden, erreicht nach 12 Stunden Stromlieferung den Nullstand. Die C-Angaben an einer Batterie geben die Entladungsrate, also die Geschwindigkeit und Dauer der Batterieentladung an. Batterien mit einem 2C-Rating entladen die gesamte Energiekapazität einer Batterie in zwei Stunden. Verfügt eine 100 Ah-Bleisäurebatterie über C20, kann diese Batterie bei 5 A pro Stunde ihren Gesamtsstrom in 20 Stunden übertragen.