Einfach effizienter: Wirkungsgrad von Elektromotoren

Das und mehr erfahren Sie hier über den Wirkungsgrad von Elektromotoren:

• Der Wirkungsgrad gibt Auskunft darüber, wie energieeffizient ein Motor ist. 
  
• Elektroantriebe verfügen insgesamt über einen deutlich höheren Wirkungsgrad als Verbrenner.
• Allerdings unterscheiden sich die Elektromotoren in puncto Effizienz.  

„Wie man in den Wald hereinruft, so schallt es heraus.“ Diese Redewendung wäre wünschenswert für Maschinen und Geräte aller Art, die Energie benötigen. Tatsächlich geht aber immer etwas verloren: Der Wirkungsgrad zeigt an, welcher Prozentsatz der zugefügten Energie tatsächlich für den Betrieb genutzt wird. Schließlich besteht etwa der Motor eines Elektroautos oder ein anderes technisches Gerät aus verschiedenen Komponenten, bei denen ein Teil der zugeführten Energie auf der Strecke bleiben kann. Bei kleineren Geräten, wie einem Tauchsieder, sieht die Rechnung fast optimal aus, denn von der eingesetzten elektrischen Energie geht so gut wie alles in die (Heiz-)Leistung über. Wer Wasser kocht, tut dies also mit einem Wirkungsgrad von knapp 100 Prozent – eine optimale Leistung. Zum Vergleich: Bei einer Solarzelle liegt der Wirkungsgrad etwa zwischen 5 und 40 Prozent.  

Auch bei Motoren für Elektroautos sieht die Rechnung vielversprechend aus. Die aus dem Akku stammende elektrische Energie lässt sich zwar nicht 1:1 auf die Straße bringen, denn es geht immer Energie zum Beispiel in Form von Wärme verloren. Allerdings gibt es hierbei große Unterschiede zu Verbrennern – und die spiegeln sich im Wirkungsgrad wider. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der Energieeffizienz eines Motors: Je höher der Wirkungsgrad, desto energieeffizienter ist er. Ein Auto mit herkömmlichem Verbrennungsmotor kommt auf einen Wirkungsgrad von etwa 20 bis 50 Prozent, während Elektrofahrzeuge 70 bis 90 Prozent schaffen können. Die Stromer sind somit deutlich effizienter als mit Benzin oder Diesel betriebene Fahrzeuge. 

Aus 1 Kilowatt (kW) investierter Energie lassen sich im Schnitt 0,8 kW Antriebsleistung bei einem Elektrofahrzeug gewinnen. Die restlichen 0,2 kW gehen als Wärme verloren. Ein weiterer Vorteil der Stromer liegt in der Gleichmäßigkeit. Verbrenner können ihre maximale Leistung oft nur in einem bestimmten Drehzahlbereich erbringen, während E-Motoren bei nahezu jeder Drehzahl gleich gut beschleunigen.  

Die unterschiedliche Effizienz bei Elektromotoren basiert auf den verschiedenen Konstruktionen. Beim Antrieb von E-Autos kommen im Grunde nur zwei Typen vor: Die etwas komplexeren Synchronmotoren und die einfachen, aber robusten Asynchronmotoren. Bei Letzteren liegt der Wirkungsgrad mit 75 bis 80 Prozent etwas niedriger, sodass sich Synchronmotoren durchgesetzt haben, die auf einen Wert von 90 Prozent kommen können. Kombiniert mit der Energierückgewinnung beim Bremsen und der höheren Lebensdauer von Elektromotoren ergibt sich insgesamt eine deutlich bessere Bilanz fürs Elektroauto. Wobei es auch Systeme gibt, die beide Motorentypen intelligent miteinander kombinieren: Der ID.4 GTX (Stromverbrauch in kWh/100 km: kombiniert 17,4; CO₂-Emission in g/km: 0; Effizienzklasse: A+++) und der ID.5 GTX Stromverbrauch in kWh/100 km: kombiniert 17,1; CO₂-Emission in g/km: kombiniert 0; Effizienzklasse: A+++ von Volkswagen mit ihren Dualmotor Allradantrieben verfügen beispielsweise über beide Motorenarten. Für den Hauptantrieb sorgt der Synchronmotor. Der Asynchronmotor wird automatisch dazugeschaltet, wenn mehr Grip oder Leistung benötigt werden.

Immer wieder wird Wasserstoff als weitere Antriebs-Alternative ins Spiel gebracht. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge nutzen eine Brennstoffzelle, die Wasserstoff zu elektrischer Energie umwandelt. Die Brennstoffzelle selbst kann einen recht hohen Wirkungsgrad von mehr als 80 Prozent erzielen, allerdings ist die Herstellung von Wasserstoff sehr energieaufwendig – und das ist ein echter Nachteil gegenüber batterriebetriebenen E-Autos. Um die gleiche Strecke zu bewältigen, braucht es bei einem wasserstoffbetriebenen Fahrzeug zwei bis drei Mal so viel Strom wie bei einem reinen Elektroauto. Und umweltbewusst ist dies nur, wenn es sich um “grünen Wasserstoff” aus erneuerbaren Energien handelt.