Leistungsfaktor

Kompaktleuchtstofflampen und LEDs verbrauchen zusätzlich zum vom Stromzähler gemessenen Stromverbrauch (Wirkstrom, Wirkleistung) Blindstrom (Blindleistung), die dem Privatkunden zwar nicht direkt verrechnet wird, aber vom Stromversorger trotzdem zur Verfügung gestellt werden muß.

Glühbirne | Sparlampe | LED | Berechnung

»Als Leistungsfaktor¹ bezeichnet man in der Elektrotechnik das Verhältnis vom Betrag der Wirkleistung P zur Scheinleistung S.

Der Leistungsfaktor kann zwischen 0 und 1 liegen.

Diese zusätzliche Energie pro Zeit, die nichts zur Wirkleistung (»tatsächlichen Leistung«) beiträgt, ist im Allgemeinen unerwünscht und wird als Blindleistung² bezeichnet.«

Anschaulich und verständlich wird die Blindleistung im PDF-Dokument »Was versteht man unter Blindleistung?«³ erklärt.

Glühbirnen und Halogenlampen

Der Leistungsfaktor von Glühbirnen und Halogenlampen beträgt 1. Das heißt es kommt zu keiner Blindleistung.

Energiesparlampen

Scheinleistung höher als Wirkleistung

Der Lichtdesigner Gad Giladi, Präsident der PLDA von 2003 bis 2005, hat den Verbrauch einer 60 Watt Glühbirne mit dem einer 11 Watt Energiesparlampe verglichen.⁴

Das Vorschaltgerät der Energiesparlampen belastet das Stromnetz zusätzlich. Blindstrom pendelt zwischen Versorger und Kunden hin und her. Dieser Strom wird zwar vom Kunden nicht verbraucht, muß aber bereit gestellt werden. Wird dieser miteinberechnet liegt der Energieverbrauch wesentlich höher

In diesem Fall beträgt die Wirkleistung der 11-Watt Energiesparlampe zwar 11 Watt, aber die Scheinleistung liegt bei 23 Voltampere .

Wirkleistung wird in Watt (W) und Scheinleistung in Voltampere (VA) angegeben.

Demnach verbraucht diese 11 Watt Energiesparlampe nicht wie auf der Verpackung angegeben 6 Mal weniger sondern nur 2,6 Mal weniger Energie als die 60 Watt Glühbirne.

Wenn man noch in Betracht zieht, daß 60 Watt Glühbirnen eine Lichtausbeute von 700 - 710 Lumen liefern und 11 Watt Energiesparlampen lediglich eine Lichtausbeute von 520 - 600 Lumen und man die geringere Differenz heranzieht, dann würde eine gleichwertige Energiesparlampe 28 Voltamapere benötigen - also nur 2,1 Mal weniger Energie.⁴

Erhöhte Leistungsaufnahme durch Energiesparlampen

In dem Dokument »Abschied von der Glühbirne bringt höhere Netzbelastung«⁵ wird erklärt, daß durch das Vorschaltgerät von Energiesparlampen und LEDs Stromoberschwingungen entstehen, die wiederum eine Verzerrungsblindleistung (bzw. Oberschwingungsblindleistung) verursachen.

Wer sich durch Begriffe wie Grundschwingungsblindleistung, die zwischen Erzeuger und Verbraucher hin- und herpendelt, und Verzerrungsblindleistung, welche die Blindleistung in den Oberschwingungen darstellt, durchgekämpft hat, und daraus den Leistungsfaktor errechnet hat, erhält für die im Beispiel verwendete 12 Watt Energiesparlampe folgende Werte:

Wirkleistung: P = 13 W
Scheinleistung: S = 67,3 VA

Wirkleistung wird in Watt (W) und Scheinleistung in Voltampere (VA) angegeben.

Fazit: Würden alle 60 W Glühbirnen durch 12 W Energiesparlampen mit einen so niedrigen Leistungsfaktor und deshalb einer so hohen Scheinleistung ersetzt werden, bedeutet das für das Netz sogar eine geringe Erhöhung der Leistungsaufnahme, denn alle Komponenten im Netz müssen diesen Strom übertragen. In diesem Beispiel würde eine 60 W Glühbirne, die eine Wirkleistung von 60 Watt aufweist, durch eine Energiesparlampe mit einer Wirkleistung von 13 Watt, die aber eine Scheinleistung vont 67,3 VA aufweist, ersetzt werden.

Anmerkung: Blindströme bzw. Scheinleistungen mehrerer Lampen können nicht linear addiert werden, da sie sich auf Grund unterschiedlicher Phasenlagen kompensieren können. Der Leistungsfaktor ist bei »energiesparenden« Lampen je nach Modell verschieden hoch bzw. niedrig und dient zur Berechnung der Scheinleistung

Anschaulich demonstriert Kevan Shaw (savethebulb.org¹²) die Auswirkungen des Leistungsfaktors (engl. Power Factor) an Hand eines Generators, an den zuerst Glühbirnen und danach äquivalente Kompaktleuchtstofflampen angeschlossen sind.
Compact Fluorescent verus The Generator - Youtube Video

Strompreiserhöhungen

Am Ende des Artikels prognostiziert der Autor Strompreiserhöhungen, denn Privatkunden wird Verzerrrungsblindleistung momentan nicht berechnet. In der Zwischenzeit ist es bei den Energieversorgern zu kräftigen Strompreiserhöhungen gekommen.

»Elektrische Großverbraucher in der Industrie müssen neben der bezogenen Wirkenergie auch für ihren Blindenergiebezug bezahlen. Privat- und Kleinverbraucher verursachen geringe Blindleistungsbelastung und werden deswegen und wegen des hohen Aufwandes für deren Erfassung von den Kosten freigestellt, bzw. finden sich letztere im Preis der Wirkarbeit (angegeben in kWh) wieder.«³

Der Strompreis ist in Deutschland seit 2005 bis Juli 2012 um etwa 40 Prozent gestiegen.⁶
In Österreich ist der reine Strompreis - ohne Netzgebühren und Steuern - von Anfang 2006 bis Juni 2012 um 69,3 Prozent gestiegen.⁷

LEDs

Der Leistungsfaktor von LED-Glühbirnen liegt unter dem Wert von 1, somit wird das Netz mit zusätzlicher Blindleistung belastet.

Modell	Leistungsfaktor	Bemerkungen
Philips Master LEDbulb 'Glow' 7W⁸	0.65
Philips LED 60W 806lm Retrofit⁹	0.70
Osram Led Star Classic A 3-Watt	0,44	Osram LED Star Classic sind von 3 - 10 Watt erhältlich Auf der Osram-Webseite war nur bei den 3-Watt Modellen der Leistungsfaktor angegeben
38 LED-Lampen mit folgenden Fassungen: A19, G25, MR16, PAR30	29 -99	CALiPER Test vom U.S. Department of Energy »Home LED Replacement Lamp 2011«¹⁰

Eine LED oder Energiesparlampen, deren Leistungsfaktor sich 1 annähert, ist kaum erhältlich. Es ist auch nicht gesetzlich vorgeschrieben.

Nach der Richtlinie für Richtlinie für Lampen mit gebündeltem Licht & LED-Lampen müssen

LEDs mit einer Leistungsaufnahme von weniger als 5 Watt einen Leistungsfaktor von mindestens 0,4,
LEDs mit einer Leistungsaufnahme von mehr als 5 Watt einen Leistungsfaktor von mindestens 0,5
Kompaktleuchtstofflampen mit gebündeltem Licht unter 25-Watt Leistungsaufnahme einen Leistungsfaktor von mindestens 0,55

aufweisen,
während Glühbirnen ab 25-Watt Leistungsaufnahme einen Leistungsfaktor von mindestens 0,9 aufweisen müssen.

Berechnung der Scheinleistung

Das Dokument »Power Factor« ¹¹ von Osram Sylvania erklärt an Hand von vier Beispielen die Berechnung der Scheinleistung mit Hilfe des Leistungsfaktors:

Der Privatkunde zahlt für die angegebenen Watt; die vom Stromversorger zur Verfügung gestellte zusätzliche Energie wird in Voltampere angegeben.

Watt = Volt x Ampere x Leistungsfaktor
Scheinleistung = Wirkleistung in Watt / Leistungsfaktor

60-Watt-Glühlampe mit exzellentem Leistungsfaktor (PF = 1,0)
Der Kunde zahlt für 60 Watt Leistung
Die Glühbirne erzeugt 60 Watt ÷ 1,0 PF = 60 VA
15 Watt Kompakt-Leuchtstofflampe, EVG, mit normalen Leistungsfaktor (PF = 0,6)
Der Kunde zahlt für 15 Watt Leistung.
Die Lampe erzeugt 15 Watt ÷ 0,6 PF = 25 VA
15 Watt Kompakt-Leuchtstofflampe, EVG, mit hohem Leistungsfaktor (PF = 0,95)
Der Kunde zahlt für 15 Watt Leistung
Die Lampe erzeugt 15 Watt ÷ 0,95 PF = 15,8 VA
13 Watt Kompakt-Leuchtstofflampe, mit magnetischem Adapter (PF = 0,25)
Der Kunde zahlt für 16 Watt Leistung
Die Lampe erzeugt 16 Watt ÷ 0,25 PF = 64 VA

Somit ist die Wichtigkeit der Angabe des Leistungsfaktors für die Sparsamkeit einer energiesparenden Lampe ersichtlich. Lampen mit niedrigem Leistungsfaktors belasten das Netz zusätzlich und können wie im letzen Fall mehr Energie als eine Glühbirne verbrauchen.

Anmerkung: Mehrere Blindströme bzw. Scheinleistungen können nicht linear addiert werden, da sie sich auf Grund unterschiedlicher Phasenlagen kompensieren können.