Wer aus der Nennleistung eines Kraftwerks die tatsächlich erzeugte Energie ableiten will, braucht den Kapazitätsfaktor. Ein Solarpark mit „100 MW“ und ein Kernreaktor mit „100 MW“ haben dieselbe Nennleistung, doch übers Jahr erzeugt der Reaktor typischerweise sieben- bis achtmal so viel Strom. Der Kapazitätsfaktor ist der Unterschied. Wer ihn verstanden hat, liest Pressemitteilungen richtig, vergleicht Techniken fair und kann jede Energierechnung auf Plausibilität prüfen, auch die auf dieser Website.
Definition und Formel
Der Kapazitätsfaktor (CF) ist die Energie, die ein Kraftwerk in einem Zeitraum tatsächlich geliefert hat, geteilt durch die Energie, die es bei voller Nennleistung in jeder Stunde dieses Zeitraums geliefert hätte.
Die umgestellte Form brauchst du am häufigsten, weil sie installierte Leistung in Jahresenergie übersetzt. Ein Gigawatt mit 25 % Kapazitätsfaktor ergibt rund 2,19 TWh im Jahr, mit 90 % rund 7,9 TWh.
Halte Leistung (kW, MW: eine Rate) und Energie (kWh, MWh: eine Menge) auseinander. Der Kapazitätsfaktor verbindet beide. Sind dir die Einheiten nicht ganz klar, lies zuerst kW oder kWh und nutze für Umrechnungen zwischen MW und TWh den Energieeinheiten-Umrechner.
Volllaststunden
Viele Ingenieure, vor allem in Deutschland und in der europäischen Industrie, drücken dasselbe als Volllaststunden aus: Jahresenergie geteilt durch Nennleistung. In der Photovoltaik heißt dieselbe Größe spezifischer Ertrag und wird in kWh/kWp angegeben.
| Ausdruck | Formel | Beispiel (CF = 25 %) |
|---|---|---|
| Kapazitätsfaktor | E / (P × 8.760) | 25 % |
| Volllaststunden | E / P | 2.190 h/Jahr |
| Spezifischer Ertrag (PV) | kWh / kWp | 2.190 kWh/kWp |
Eine deutsche Dachanlage mit 950 kWh/kWp hat also einen Kapazitätsfaktor von 950 / 8.760 ≈ 10,8 %.
Typische Kapazitätsfaktoren nach Technik
Die folgenden Bandbreiten sind Richtwerte für moderne Anlagen. Flottendurchschnitte schwanken mit Wetter, Marktlage und Politik, und einzelne Jahre können außerhalb dieser Spannen liegen.
| Technik | Typischer CF pro Jahr | Was ihn begrenzt |
|---|---|---|
| Kernenergie | 80–93 % | Brennelementwechsel, Wartung, gelegentlicher Lastfolgebetrieb |
| Geothermie | 70–90 % | Nachlassendes Reservoir, Wartung |
| Kohle (Grundlast-Ära) | früher 60–80 %; heute oft 30–50 % | Verdrängt durch billigeres Gas und Erneuerbare |
| GuD-Gaskraftwerk (CCGT) | 30–60 % | Läuft, wenn Gas günstiger ist als die Alternativen |
| Gasturbinen-Spitzenlastkraftwerk | 2–15 % | Nur für Spitzenstunden gebaut |
| Wasserkraft (Speicher) | 30–50 % | Wasserdargebot; oft bewusst zu Spitzenzeiten eingesetzt |
| Wasserkraft (Laufwasser) | 40–60 % | Jahreszeitlicher Abfluss |
| Offshore-Wind | 40–55 % | Windangebot, Nachlauf, Zugang für Reparaturen |
| Onshore-Wind | 25–45 % | Windangebot, Verhältnis von Rotor zu Generator |
| Photovoltaik, fest (Europa nördlich der Alpen) | 10–12 % | Nacht, Breitengrad, Bewölkung |
| Photovoltaik, fest (Sonnengürtel) | 16–22 % | Nacht, Sonnenstand |
| Photovoltaik, einachsig nachgeführt (Wüste) | 22–30 % (AC-bezogen) | Nacht |
Die Bandbreiten stammen aus dem Electric Power Monthly der U.S. EIA (Flottendurchschnitte nach Energieträger), der Annual Technology Baseline des NREL (Annahmen für Neubauten) und IRENAs Renewable Power Generation Costs (weltweite gewichtete Durchschnitte für Erneuerbare). Die EIA meldet für die US-Kernkraftflotte seit Anfang der 2000er-Jahre in den meisten Jahren Kapazitätsfaktoren über 90 %. Laut IRENA ist der weltweite gewichtete durchschnittliche Kapazitätsfaktor neuer Onshore-Windanlagen von rund 27 % im Jahr 2010 mit wachsenden Rotoren auf mittlere bis hohe 30er-Werte in den letzten Jahren gestiegen.
Unsere Länderprofile und Ranglisten zeigen die nationale Erzeugung nach Quellen; daraus lassen sich Kapazitätsfaktoren ableiten.
Was den Kapazitätsfaktor bestimmt
Es gibt zwei grundverschiedene Arten von Einflüssen, und wer sie verwechselt, produziert die meisten Missverständnisse.
1. Angebotsabhängige Techniken
Bei Wind, Solar, Laufwasser und Gezeiten bestimmt die Natur den Großteil des Kapazitätsfaktors. Ein Solarmodul erzeugt nachts nichts. Eine Windkraftanlage liefert unterhalb ihrer Einschaltgeschwindigkeit (rund 3 m/s) nichts und ist oberhalb von etwa 11–13 m/s auf Nennleistung gedeckelt. Technische Entscheidungen machen trotzdem viel aus:
- Wind: Ein größerer Rotor am selben Generator (niedrigere spezifische Leistung in W/m² Rotorfläche) erntet bei mäßigem Wind mehr Energie und hebt den CF, gibt bei sehr starkem Wind aber etwas Ertrag ab. Höhere Türme erreichen schnelleren Wind; siehe den Rechner für Windgeschwindigkeit in der Höhe.
- Solar: Nachführung, Neigung und Ausrichtung, Temperatur und das DC/AC-Verhältnis. Viele Solarparks installieren 1,2–1,4 kW Module pro kW Wechselrichter. Der Wechselrichter regelt mittags ab, läuft dafür aber mehr Stunden nahe der Volllast, und das hebt den AC-bezogenen Kapazitätsfaktor.
- Standort: der größte Hebel überhaupt. Der Energy Explorer und die Weltenergiekarte zeigen, wie stark Sonne und Wind von Ort zu Ort schwanken.
2. Einsatzabhängige Techniken
Gas-, Kohle-, Öl- und Speicherwasserkraftwerke könnten die meiste Zeit laufen, laufen aber nur, wenn Markt oder Netzbetreiber sie abrufen. Ihr Kapazitätsfaktor spiegelt die Wirtschaftlichkeit, nicht die Technik. Ein Gas-Spitzenlastkraftwerk mit 5 % ist nicht kaputt. Es tut seine Arbeit: bereitstehen für die paar Hundert Stunden im Jahr, in denen die Nachfrage am höchsten ist. In vielen europäischen Ländern brachen die Kapazitätsfaktoren von Kohlekraftwerken Ende der 2010er- und in den 2020er-Jahren ein, weil die CO₂-Preise stiegen und Erneuerbare die günstigen Stunden übernahmen; die Stromdaten von Ember zeichnen das Jahr für Jahr nach.
Kernenergie liegt dazwischen. Physikalisch kann sie fast ununterbrochen laufen, und weil ihr Brennstoff im Verhältnis zu den Kapitalkosten billig ist, ist Volllastbetrieb auch wirtschaftlich sinnvoll.
Kapazitätsfaktor, Verfügbarkeit und Wirkungsgrad
Diese drei Begriffe werden oft verwechselt:
| Kennzahl | Welche Frage sie beantwortet | Beispiel Windkraftanlage |
|---|---|---|
| Wirkungsgrad | Wie viel der eingesetzten Energie wird gerade zu Strom? | ~45 % der Windleistung über dem Rotor im besten Betriebspunkt (Betz-Grenze 59,3 %) |
| Verfügbarkeit | Welchen Teil der Zeit kann die Anlage laufen? | 97–99 % an Land |
| Kapazitätsfaktor | Welchen Anteil der maximal möglichen Energie hat sie erzeugt? | 35 % |
Eine Windkraftanlage kann 98 % der Zeit verfügbar sein und trotzdem nur 35 % Kapazitätsfaktor haben, weil der Wind in den meisten Stunden unter der Nenngeschwindigkeit bleibt. Der Modulwirkungsgrad eines Solarmoduls von 22 % hat nichts mit seinem Kapazitätsfaktor von 12 % zu tun. Ein effizienteres Modul braucht für dieselben kW weniger Fläche, erzeugt pro installiertem kW aber etwa gleich viel Energie.
Rechenbeispiele
Beispiel 1: Solaranlage auf einem Wohnhaus in Bukarest
Der Solarrechner schätzt für eine nach Süden ausgerichtete Anlage mit 6 kWp in Bukarest rund 7.300 kWh im Jahr.
Beispiel 2: Wie viel Leistung ersetzt einen Reaktor?
Ein Reaktor mit 1.000 MW und 90 % CF erzeugt rund 7,9 TWh im Jahr. Wie viel Onshore-Wind mit 35 % CF bräuchte es für dieselbe Jahresenergie?
Gleiche Jahresenergie heißt nicht gleiche gesicherte Leistung. Wind- und Solarparks erzeugen zu anderen Zeiten als der Reaktor, deshalb braucht ein echtes System zusätzlich Speicher, Netzverbindungen oder flexible Nachfrage. Für die Versorgungssicherheit nutzen Netzplaner eigene Kennzahlen wie den Leistungskredit oder die effektive Lasttragfähigkeit.
Beispiel 3: Eine Schlagzeile prüfen
Eine Pressemitteilung behauptet, ein neuer Onshore-Windpark mit 300 MW werde „250.000 Haushalte versorgen“. Bei 33 % CF erzeugt er rund 300 × 8.760 × 0,33 ≈ 867 GWh im Jahr. Auf 250.000 Haushalte verteilt sind das etwa 3.470 kWh pro Haushalt: plausibel für einen europäischen Haushalt, aber zu wenig für einen durchschnittlichen US-Haushalt (laut EIA rund 10.500 kWh). Mit dem Kapazitätsfaktor entschlüsselst du die Annahme in Sekunden.
Warum der Kapazitätsfaktor für die Kosten zählt
Der Kapazitätsfaktor steht im Nenner der Stromgestehungskosten. Verteilst du dieselben Kapitalkosten auf doppelt so viele MWh, halbiert sich der Kapitalanteil an den Kosten pro MWh. Deshalb kann ein Solarpark in Chile Strom zu einem Bruchteil der Kosten eines baugleichen Parks in Schottland verkaufen, und deshalb jagen Windprojektierer jedem zusätzlichen Zehntel Meter pro Sekunde mittlerer Windgeschwindigkeit hinterher. Probiere verschiedene Kapazitätsfaktoren im LCOE-Rechner aus, um den Effekt zu sehen, und lies Stromgestehungskosten (LCOE) erklärt für die vollständige Methode.
Eine weniger offensichtliche Folge gibt es auch. Wenn ein Netz große Mengen einer schwankenden Technik aufnimmt, laufen seine regelbaren Kraftwerke weniger. Gaskraftwerke, die früher 60 % des Jahres liefen, kommen vielleicht nur noch auf 30 %, und ihre Kosten pro MWh steigen, obwohl sich am Kraftwerk selbst nichts geändert hat.
Häufige Fehler
- Nennleistung als Erzeugung nehmen. „Wir haben 10 GW Solar installiert“ sagt wenig über die Energie, bis du mit etwa 0,10–0,25 multiplizierst.
- DC- und AC-Leistung vermischen. US-Solarparks werden meist in AC-MW angegeben, europäische oft in DC-MWp. Dieselbe Anlage kann 20 % (DC) oder 26 % (AC) zeigen.
- Ein Jahr mit einem langjährigen Mittel vergleichen. Der Windertrag schwankt von Jahr zu Jahr um etwa ±10 %, Wasserkraft in Dürrejahren noch viel stärker.
- Niedrigen CF mit geringem Wert gleichsetzen. Strom zur Spitzenlastzeit oder in der passenden Jahreszeit kann pro MWh viel mehr wert sein als Grundlastenergie.
Das Wichtigste in Kürze
- CF = tatsächliche Energie ÷ (Nennleistung × Stunden). Jahresenergie = MW × 8.760 × CF.
- Bei angebotsabhängigen Quellen (Wind, Solar) bestimmen Wetter und Auslegung den CF, bei regelbaren Kraftwerken der Markt.
- Der CF ist weder Wirkungsgrad noch Verfügbarkeit.
- Bevor du eine Technik beurteilst, betrachte den CF zusammen mit den Kosten (LCOE) und dem Zeitpunkt, zu dem die Energie anfällt.
Rechner zu diesem Thema
Häufige Fragen
Welcher Kapazitätsfaktor ist bei Solarmodulen gut?
Warum hat Kernenergie einen so hohen Kapazitätsfaktor?
Ist der Kapazitätsfaktor dasselbe wie der Wirkungsgrad?
Ist ein Kraftwerk mit niedrigem Kapazitätsfaktor schlecht?
Wie berechne ich den Kapazitätsfaktor?
Kann der Kapazitätsfaktor über 100 % liegen?
Quellen & Literatur
Die Zahlen in diesem Ratgeber sind typische Bandbreiten aus den genannten Quellen. Deine eigenen Werte hängen von Standort, Preisen und Ausstattung ab. Für standortgenaue Schätzungen nutzt du am besten die verlinkten Rechner.