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Stromzähler

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Definition: ein Gerät zur Messung elektrischer Energiemengen

Englisch: electricity meter

Kategorien: elektrische Energie, Haustechnik

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 05.04.2012; letzte Änderung: 27.08.2016

Stromzähler

Abbildung 1: Ein Drehstrom-Eintarif-Haushaltsstromzähler älterer Art (Ferraris-Zähler). Oben findet man die Anzeige der Kilowattstunden, die seit Inbetriebnahme des Zählers bezogen wurden. Weiter unten sieht man ein Rad, welches sich um so schneller dreht, je höher die momentan bezogene elektrische Leistung ist.

Die Mengen an elektrischer Energie, die z. B. ein Haushalt verbraucht, werden üblicherweise mit einem Stromzähler gemessen. (Andere Bezeichnungen sind Energiezähler, Elektrizitätszähler und Kilowattstundenzähler.) Dieser ist üblicherweise im Keller montiert, in einem Zählerschrank nahe bei den Hauptsicherungen. In Mehrfamilienhäusern gibt es mindestens einen Zähler pro Wohnung, zusätzlich z. B. einen Zähler für den Betrieb von Heizungsanlage, Treppenhausbeleuchtung, etc. Die gelegentliche Zählerablesung bietet die Grundlage für die Stromrechnungen.

Der Begriff Stromzähler ist etwas ungenau, da ein solcher Zähler nicht etwa die elektrische Stromstärke aufintegriert, sondern die Wirkleistung; er zeigt also die in einem bestimmten Zeitraum (meist von der Inbetriebnahme zur Gegenwart) bezogene Energiemenge, indem er zusätzlich zur Stromstärke die elektrische Spannung und (bei Wechsel- oder Drehstrom) den Phasenwinkel berücksichtigt.

Für Abrechnungszwecke müssen die Stromzähler z. B. einmal jährlich abgelesen werden. Neuartige elektronische Zähler (siehe unten) bieten aber auch die Möglichkeit einer automatisierten Fernablesung. Das Gehäuse ist versiegelt, um unberechtigte Manipulationen zu verhindern.

In der Regel werden Stromzähler von den jeweiligen Energieversorgungsunternehmen bereitgestellt und bleiben in deren Eigentum. Die dabei entstehenden Kosten werden über den Grundpreis des Stromtarifs abgegolten.

Mehrtarifzähler

Einfache Eintarif-Stromzähler messen nur die gesamte bezogene Energiemenge, unabhängig z. B. von den Tageszeiten. Wer Niedertarifstrom z. B. in Form von Nachtstrom günstiger bezieht, benötigt mindestens einen Zweitarifzähler (oder Doppeltarifzähler), der die Energiemengen zu den Hochtarif- und Niedertarifzeiten separat ermittelt. Die Tarifzeiten können durch einen angebauten Rundsteuerempfänger festgelegt werden. Das Energieversorgungsunternehmen stellt dann in der Regel einen solchen Mehrtarifzähler zur Verfügung, verrechnet aber auch eine erhöhte monatliche Grundgebühr. Deswegen lohnt sich ein Mehrtarif-Vertrag nur, wenn erhebliche Energiemengen zu den Niedertarifzeiten bezogen werden, z. B. für Elektroboiler oder gar eine Elektro-Nachtspeicherheizung.

Ferraris-Zähler

Ferraris-Zähler berücksichtigen prinzipbedingt nur die Wirkleistung, keine Blindleistung.

Die seit Jahrzehnten bis heute üblichen Energiezähler arbeiten nach dem Ferraris-Prinzip (nach Galileo Ferraris). Im Prinzip handelt es sich um eine Art von Elektromotor (Asynchronmotor). Eine Aluminiumscheibe (die meist teilweise durch ein Glasfenster sichtbar ist, siehe Abbildung 1) wird mit einem Drehmoment angetrieben, welches (für eine gegebene Netzfrequenz) proportional zur momentan übertragenen Wirkleistung ist, und gleichzeitig durch eine Wirbelstrombremse gebremst. Somit entsteht eine Drehzahl der Scheibe proportional zur Wirkleistung; der Zähler arbeitet als Wirkstromzähler, d. h. er reagiert nicht auf Blindströme. Über ein Getriebe wird ein mechanisches Zählwerk angetrieben, das schließlich die seit Inbetriebnahme übertragene Energiemenge anzeigt, meist in Kilowattstunden. Die momentan übertragene Leistung kann berechnet werden, wenn man die Zeit für eine volle Umdrehung der Scheibe mit einer Stoppuhr bestimmt; auf dem Zähler ist meist angegeben, wie viele Umdrehungen einer Kilowattstunde entsprechen.

Ferraris-Zähler sind erhältlich für Einphasen-Wechselstrom, aber die meisten Modelle arbeiten mit Drehstrom. Effektiv addieren sie die Energiemengen für alle drei Phasen auf. Für hohe Leistungen werden Ferraris-Zähler über einen Stromwandler (eine Art von Transformator) angeschlossen, so dass nicht der volle Strom durch den Zähler fließen muss. Für hohe Spannungen werden Spannungswandler eingesetzt.

Wie erwähnt wird von solchen Zählern die reine Wirkleistung berücksichtigt, nicht jedoch die Blindleistung. Wenn einem größeren Verbraucher (etwa einem Industriebetrieb) auch bezogene Blindleistung verrechnet werden soll, muss also zusätzlich eine modifizierte Art von Stromzähler (ein Blindstromzähler) eingesetzt werden.

Die Genauigkeit von Ferraris-Zählern ist für Abrechnungszwecke in der Regel ausreichend, bei niedrigen Leistungen (wenige Prozent der Nennleistung) jedoch recht bescheiden. Alte, schon lange nicht mehr geeichte Ferraris-Zähler können in eher seltenen Fällen sehr ungenaue Messwerte liefern. Es wird gelegentlich berichtet, dass der Austausch eines Zählers die zukünftigen Stromrechnungen erheblich reduzierte, weil der alte Zähler offenbar deutlich zu viel gemessen hat. Es ist jedoch kaum möglich, solche Berichte (bzw. die konkret aufgetretenen Umstände) zu prüfen. Für Konsumenten, die plötzlich einen erhöhten Stromverbrauch beobachten, kann es angesichts der Vielzahl der eingesetzten Elektrogeräte ziemlich schwierig sein, die Ursache hierfür zu finden; ein plötzlich falsch laufender Stromzähler dürfte selten die tatsächliche Ursache hierfür sein.

Elektronische Stromzähler

Moderne Energiezähler arbeiten rein elektronisch, d. h. ohne Verwendung elektromechanischer Komponenten wie einer Ferraris-Scheibe und einem mechanischen Zählwerk. Hier wird zunächst die aktuelle Wirkleistung ermittelt, z. B. durch Integration des Produkts von Spannung und Stromstärke über eine Schwingungsperiode, und dann zeitlich integriert – beispielsweise über einen Spannungs-Frequenz-Wandler und ein elektronisches Zählwerk. Elektronische Zähler müssen heute in der Herstellung nicht teurer sein als Ferraris-Zähler und bieten einige Vorteile:

digitaler Stromzähler

Abbildung 2: Ein digitaler “intelligenter” Stromzähler (Siemens-Pressebild).

Elektronische Stromzähler mit solchen besonderen Möglichkeiten werden gelegentlich als “intelligente Stromzähler” (engl. smart meters) bezeichnet.

Zweirichtungszähler und Einrichtungszähler

Ein Zweirichtungszähler kann aus dem Netz bezogene und in das Netz eingespeiste Energiemengen getrennt erfassen. Dies ist z. B. nötig, wenn von einer eigenen Photovoltaikanlage des Konsumenten Einspeisungen erfolgen und die Einspeisevergütung anders ist (für neue Anlagen in der Regel geringer) als der Preis für bezogenen Strom. Der Zweirichtungszähler übernimmt dann die Funktionen eines Einspeisezählers und eines Bezugszählers.

Phasenbezogene Zweirichtungszähler können für den Betreiber einer Photovoltaikanlage zu einer ungerechtfertigt ungünstigen Stromrechnung führen! Richtig wäre ein saldierender Zähler.

Ein technisches Detail ist hierbei wichtig. Es gibt phasenbezogene Zweirichtungszähler, die für jede der drei Drehstrom-Phasen getrennt die Energieflüsse für beide Richtungen erfassen. Dies ist unter Umständen nachteilig für den Betreiber: Es kann nämlich sein, dass eine Photovoltaik-Anlage nur in eine Phase einspeist, der Bezug aber gleichzeitig zumindest zum Teil über andere Phasen erfolgt. Dann wird vom Betreiber für zumindest für einen Teil des Strombezugs der Bezugspreis bezahlt, während er gleichzeitig für eingespeiste Energie nur die niedrigere Einspeisevergütung erhält. Effektiv wird der Eigenverbrauch niedriger angesetzt, als er tatsächlich ist. Diese Situation wird vermieden durch Verwendung eines saldierenden Zweirichtungszählers, der die Summe der Energieflüsse aller drei Phasen ermittelt (wie es sonst auch ein gewöhnlicher Ferraris-Zähler tut) und dann diese Summe je nach Richtung des Energieflusses registriert. Es gibt auch Zähler, die je nach Einstellung phasenbezogen oder saldierend arbeiten. Der saldierende Modus kann auch mit “Ferraris-Modus” gekennzeichnet sein.

Von einem Einrichtungszähler würde man normalerweise erwarten, dass er nur Energieflüsse in einer Richtung registriert. Tatsächlich gibt es Einrichtungszähler mit Rücklaufsperre, bei denen dies so ist. (Es gibt Ferraris-Zähler, bei denen die Mechanik das Rückwärtslaufen verhindert, und elektronische Zähler, die konstruktionsgemäß ebenfalls nie rückwärts zählen.) Es gibt jedoch auch Einrichtungszähler ohne Rücklaufsperre, die also bei Energiefluss in der anderen Richtung rückwärts laufen; so verhält sich ein gewöhnlicher Ferraris-Zähler.

Produktionszähler und Einspeisezähler; Ermittlung des Eigenverbrauchs

Ein Produktionszähler ist ein Stromzähler, der die von einer Anlage erzeugte Energiemenge erfasst. Bei einer Photovoltaikanlage wird er auch als Solarzähler bezeichnet. Er wird normalerweise eine Rücklaufsperre haben, also den (geringen) Eigenverbrauch des Wechselrichters in Zeiten ohne Produktion nicht berücksichtigen.

Ein Einspeisezähler dagegen erfasst die Energiemenge, die in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, und für diese fällt dann die Einspeisevergütung an. Auch er darf nur den Energiefluss in dieser einen Richtung erfassen. Einspeise- und Bezugszähler sind häufig zu einem Zweirichtungszähler (siehe oben) zusammengefasst.

Die Differenz von Produktion und Einspeisung ist der Eigenverbrauch, d. h. der Anteil des erzeugten Solarstroms, der direkt selbst verbraucht und damit nicht eingespeist wurde. (Er wird zur Verdeutlichung auch als Direktverbrauch bezeichnet; dieser Begriff umfasst allerdings auch den Verbrauch durch andere Parteien ohne Durchleitung durch das öffentliche Netz.) Der gesamte Verbrauch kann höher sein, da ja zu manchen Zeiten Energie aus dem Stromnetz bezogen wird.

Lastgangzähler

Leistungsmessgerät

Abbildung 3: Ein einfaches Leistungs- und Energiemessgerät für den Haushaltsgebrauch.

Sogenannte Lastgangzähler sind spezielle Stromzähler, die den Lastgang, also den zeitlichen Verlauf der bezogenen Leistung ermitteln können (→ registrierende Leistungsmessung). Typischerweise beträgt die Messperiode eine Viertelstunde: Der Energieverbrauch innerhalb jeweils einer Viertelstunde, dividiert durch die Länge dieses Zeitraums, ergibt die durchschnittliche Leistung innerhalb dieser Messperiode. Diese Leistungsdaten werden an den Verteilungsnetzbetreiber übermittelt, beispielsweise einmal täglich über das Stromnetz (wie auch Rundsteuersignale, nur in umgekehrter Richtung), mit Mobilfunk oder über das Internet.

Lastgangzähler werden bei Großkunden eingesetzt, die entsprechende Stromtarife abhängig vom gemessenen Lastprofil haben. Sie betreiben oft auch ein Lastmanagement, um die bezogene Spitzenleistung zu reduzieren. Für Kleinverbraucher lohnt sich die Lastgangmessung nicht.

Portable Energieverbrauchs-Messgeräte

Es gibt kompakte, preisgünstige und einfach zu handhabende elektronische Energiezähler (siehe Abbildung 3), mit denen sowohl die momentan bezogene Leistung als auch die in einem bestimmten Zeitraum bezogene Energiemenge ermittelt werden kann. Das Gerät wird einfach in eine Steckdose gesteckt und registriert den Verbrauch all der Geräte, die über seine Steckdose angeschlossen sind. (Der Verbrauch von anderen Geräten im Haushalt lässt sich so nicht ermitteln.)

Diese Geräte sind nicht für Abrechnungszwecke gedacht, sondern für die Überwachung einzelner Geräte oder z. B. der Summe der Geräte an einem PC-Arbeitsplatz. Mit ihrer Hilfe kann auch der Standby-Verbrauch von Geräten ermittelt werden, vorausgesetzt dass die Genauigkeit bei niedrigen Leistungen genügend hoch ist – was bei manchen Geräten der Fall ist, bei anderen nicht. Normalerweise sollten die Geräte auch Blindstrom korrekt behandeln, also nur die tatsächliche Wirkleistung berücksichtigen, und auch bei nicht sinusförmigen Strömen die Leistung korrekt anzeigen; jedoch kann man sich gerade bei billigen Geräten nicht darauf verlassen, dass dies so ist.

Anstatt eines solchen Geräts lässt sich manchmal auch ein ausgedienter Haushaltszähler (Ferrariszähler) für solche Zwecke einsetzen – angesichts der begrenzten Genauigkeit jedoch kaum für die Bestimmung von Standby-Verbräuchen, sondern eher beispielsweise für eine Waschmaschine. Übrigens muss hier auf eine genau waagrechte Montage geachtet werden, denn anders als die elektronischen Zähler sind Ferraris-Zähler deutlich lageabhängig.

Siehe auch: elektrische Energie, Kilowattstunde, Energieverbrauch, Stromtarif, Stromrechnung, Rundsteuertechnik, registrierende Leistungsmessung, Lastprofil, Eigenverbrauch
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, Haustechnik

Alles verstanden?


Frage: Welche der folgenden Aussagen sind korrekt?

(a) Ein üblicher Haushaltsstromzähler reagiert nicht auf Blindleistungen, die deswegen auch nicht bezahlt werden müssen.

(b) Die wenigsten Haushaltskunden besitzen einen Stromzähler.

(c) Ein Mehrtarifzähler lohnt sich für Haushalte meistens, da man damit kostengünstige Nachtstrom beziehen kann.

(d) Beim Betrieb einer üblichen Photovoltaikanlage braucht man nur einen zusätzlichen Stromzähler zur Ermittlung der von der Anlage erzeugten Strommenge.


Siehe auch unser Energie-Quiz!

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