Abbildung 2: Laut des Leistungsprofils unseres Kühlschranks kommt sein Kompressor mit 70 Watt aus.
Das Programm in Listing 4 hilft beim Entwickeln eines eigenen Auswerteprogramms. Es erwartet eine CSV-Datei mit den Spalten Zeit in Sekunden und Leistung in Watt. Der SciPy-Befehl cumulative_trapezoid integriert die Leistung über die Zeit und legt den Wert in der neuen Spalte consump ab (Zeile 7). Die Division durch 3600 rechnet Wattsekunden in Wattstunden um. Die Werte protokolliert die rote Kurve in Abbildung 2 (rechte Skala). Die vorletzte Zeile des Skripts berechnet die mittlere Leistung. Hier schlägt die mittlere Leistungsaufnahme von 30 Watt im Jahr mit 100 Euro (bei 40 Cent/kWh) zu Buche.
Listing 4
Python-Auswerteskript
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import scipy.integrate
df = pd.read_csv('mydata.csv')
df = df.set_index(df.iloc[:,0])
df.assign(consump=scipy.integrate.cumulative_trapezoid(df.iloc[:,0], df.index, initial=0)/3600)
print('Mean power (W): ', dg.iloc[:,0].sum()/dg.shape[0])
print('Total Energy (Wh): ', dg.iloc[-1,1])
Abbildung 3 zeigt einen Ausschnitt des Profils aus der vorigen Grafik. Die Einschaltströme übersteigen hier den Nominalwert um ein Mehrfaches. Ein Stromgenerator mit begrenzter Leistung interpretiert dies als Kurzschluss und schaltet ab.
Abbildung 3: Der Anlaufstrom des Kompressors fällt erwartungsgemäß hoch aus.
Einen Kühlschrank könnten Sie für den Betrieb an Solarmodulen optimieren, indem er tagsüber mehr Kälte produziert. Während der Nacht bleibt seine Tür weitgehend geschlossen, sodass sich die Kühltemperatur bis zum nächsten Tag erhält.
Waschmaschine
Das Leistungsprofil eines Waschgangs einer Waschmaschine findet sich in Abbildung 4. Die Maschine spült und schleudert zweimal, beginnend zum Zeitpunkt 1000 Sekunden und erneut 10 Minuten später. Während sich der Motor mit wenigen Hundert Watt begnügt, nimmt die Heizung über eine Zeit von 6 Minuten eine Leistung von 1700 Watt auf. Genau hier liegt das – wenig überraschend – Haupteinsparpotenzial. Früher musste man Wäsche kochen. Der erste Durchbruch waren Waschtenside, die nicht mehr bleichten, sondern bei 60 Grad Celsius ihre fettlösende und reinigende Wirkung entfalten. Moderne Waschmittel begnügen sich mit Temperaturen von 20 Grad Celsius.
Abbildung 4: Das Leistungsprofil eines Waschgangs beschreibt die einzelnen Schritte während des Prozesses anschaulich.
Die letzte Zeile aus Listing 4 berechnet aus den Messdaten den Energieverbrauch des Waschgangs. Er liegt bei nur 0,23 kWh. Eine Kochwäsche würde mehr als das Fünffache der Energie einfordern. Bei einem Strompreis von 40 Cent/kWh kostet ein Waschgang ungefähr 10 Cent. Richtig teuer wird es, wenn die Wäsche nicht an der Luft trocknet, sondern im Wäschetrockner. Hier gibt es keinen Knopf, um die Temperatur und damit die Kosten herunterzudrehen. Der Energiebedarf für beschleunigtes Trocknen übersteigt den einer Waschmaschine um mehr als eine Größenordnung.
Wasserbett
Bei einem Wasserbett ist die Matratze mit einigen Hundert Litern Wasser gefüllt, das nicht isoliert. Um im Bett nicht zu frieren, muss eine Wärmematte es heizen. Im Beispiel aus Abbildung 5 ist sie für eine Leistung von 200 Watt ausgelegt, die ein Thermostat auf eine mittlere Leistung von 50 Watt begrenzt.
Abbildung 5: Die Wärmematte eines Wasserbetts lässt sich mittels Thermostat auf 50W drosseln.
Die Messung aus Abbildung 5 offenbart zwei Effekte. Die Schlafenszeit begann zum Zeitpunkt 10 Stunden. Nach dem Aufstehen zum Zeitpunkt 17 Stunden lüftete das Bett über mehrere Stunden, um den Effekt besser herauszuarbeiten. Liegt eine Person im Wasserbett, hält sie mit ihrer Körperwärme die Temperatur im Gleichgewicht, sodass das Wasserbett während dieser Zeit praktisch keinen Strom verbraucht. Andererseits ist das Lüften des Betts, also das Freiliegen der Matratze ohne Abdeckung, energieintensiv.
Um Energie zu sparen, sollte ein Wasserbett gut isoliert sein. An der Unterseite lässt sich bauartbedingt wenig ändern. Um doch einige Euro pro Jahr herauszuholen, sollten Sie die Matratze am Tag nicht zu lange offen liegen lassen.
Kocher vs. Mikrowelle
Ein Wasserkocher heizt nicht nur Wasser, sondern auch den Topf, der es umschließt. Mikrowellen koppeln nur an Wasser an, nicht aber an Gefäße. Dafür wird nur ein Teil der elektrischen Energie als Wärme übertragen. Bei großen Wassermengen ist dementsprechend ein Wasserkocher energetisch günstiger, bei kleinen sollten Sie ihm jedoch die Mikrowelle vorziehen.
Um den Bereich einzugrenzen, erwärmen wir zunächst Wasser in der Mikrowelle. Die Temperaturerhöhung bei gegebener Wassermenge und Zeit bestimmt die aufgenommene Wärmeenergie. Ihr Verhältnis zur elektrischen Energie der Mikrowelle wiederum definiert den Wirkungsgrad: Ungefähr 60 Prozent der elektrischen Leistung nimmt das Gargut auf, die restlichen 40 Prozent fressen Elektronik und Kühlung. Ein Wasserkocher setzt die Energie hundertprozentig in Wärme um, davon aber entfällt allerdings ein fester Anteil auf das Aufwärmen des Behälters. Abbildung 6 veranschaulicht die Zahlenverhältnisse: Einen Becher Kaffee bis 200 Milliliter würde eine Mikrowelle effizienter erwärmen. Ungünstig ist dabei nur, dass der Becher kalt bleibt und der Kaffee entsprechend schneller abkühlt.
Abbildung 6: Vergleich der Effektivität von Wasserkocher und Mikrowelle beim Erhitzen von Wasser (schematisch).
Fazit
Eine regelmäßige Kontrolle des Haushaltszählers zeigt den täglichen Stromverbrauch. Um gezielt Energie einzusparen, lohnt sich ein Blick auf die am Stromnetz angeschlossenen Verbraucher. Manche Geräte laufen permanent. Aus ihrer mittleren Leistung folgen unmittelbar die Stromkosten pro Jahr, beispielsweise 100 Euro für einen Kühlschrank. Die Unterhaltskosten für ein Wasserbett sinken, wenn Sie es tagsüber gut abdecken. Andere Geräte verursachen lediglich bei Gebrauch Kosten. Ein Waschgang mit der Waschmaschine kostet dank moderner Waschmittel weniger als 50 Cent. Der Energiehunger auch moderner Wäschetrockner dagegen liegt um eine Größenordnung darüber. (csi)
