An einer 5-MW-Windenergieanlage wirkt bei zehn Umdrehungen pro Minute ein Drehmoment von 4,8 Meganewtonmetern. Rückführbar kalibrieren ließ sich in Deutschland lange nur knapp ein Viertel davon. Solche Lücken entscheiden mit darüber, wie belastbar die Zahlen sind, auf denen Abrechnung, Netzbetrieb und Klimabilanzen beruhen.

Metrologie für die Energiewende als unsichtbare Infrastruktur

Weltnormentag und Generalkonferenz rücken das Messen in den Mittelpunkt

Zwei Termine im Oktober 2026 zeigen, wie eng Metrologie für die Energiewende und internationale Normung zusammenhängen. Am 14. Oktober begehen IEC, ISO und ITU den Weltnormentag, der in diesem Jahr das UN-Nachhaltigkeitsziel 7 hervorhebt, also bezahlbare und saubere Energie. Schon einen Tag zuvor beginnt in Versailles die 28. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM), die bis zum 15. Oktober tagt.

Die CGPM ist das oberste Entscheidungsgremium der Meterkonvention. Ihre Delegierten aus den Mitgliedstaaten beraten über die Grundlagen des internationalen Einheitensystems und über die Arbeit des Internationalen Büros für Maß und Gewicht (BIPM). Weil sie nur alle vier bis sechs Jahre zusammenkommt, hat jede Sitzung entsprechendes Gewicht. Dass die diesjährige Tagung in die Woche des Weltnormentags fällt, verbindet zwei Welten, die in der Debatte über die Energiewende selten gemeinsam vorkommen.

Wenn über die Energiewende gesprochen wird, geht es meist um Erzeugung, Netze und Speicher. Weniger sichtbar bleiben die Messwerte, auf die sich Abrechnung, Netzbetrieb und Förderung stützen. Wir bei ZERA entwickeln und fertigen in Königswinter seit über hundert Jahren Systeme zur Erzeugung, Messung, Prüfung und Kalibrierung elektrischer Größen. Aus diesem Blickwinkel verstehen wir Metrologie für die Energiewende als Infrastruktur, die so verlässlich funktionieren muss wie das Stromnetz selbst.

Was Metrologie für die Energiewende konkret leistet

Unter Metrologie versteht man das Messwesen in seiner ganzen Breite, von der Definition der Einheiten bis zur Messung im Feld. In der Energiewirtschaft wirkt sie meist im Hintergrund. Jede abgerechnete Kilowattstunde, jeder Wirkungsgrad eines Elektrolyseurs und jede Emissionsbilanz beruht auf Messwerten, deren Herkunft im Alltag kaum jemand hinterfragt. Wenn diese Verlässlichkeit fehlt, fehlt auch die Rechengrundlage für Abrechnung und Klimaziele.

Vertrauen entsteht dabei nicht durch das einzelne Messgerät, sondern durch seine Anbindung an eine übergeordnete Referenz. Wie diese Kette bis zum nationalen Normal aufgebaut ist, erklären wir im Beitrag über rückführbare Kalibrierung. Im Kern heißt Metrologie für die Energiewende, diese Kette für neue Messgrößen und größere Messbereiche verfügbar zu machen. Der Bedarf wächst schnell, denn laut Physikalisch-Technischer Bundesanstalt (PTB) könnte sich der weltweite Strombedarf bis 2050 nahezu verdoppeln.

Messwerte als Teil der Qualitätsinfrastruktur

Die PTB ordnet die Metrologie in die sogenannte Qualitätsinfrastruktur ein. In der Metrologie für die Energiewende greifen deren fünf Bausteine besonders eng ineinander:

• Metrologie realisiert die Einheiten und gibt sie über Kalibrierungen weiter
• Normung legt fest, welche Anforderungen ein Produkt oder Verfahren erfüllen muss
• Akkreditierung bestätigt die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboren
• Konformitätsbewertung weist nach, dass ein Produkt diese Anforderungen erfüllt
• Marktüberwachung kontrolliert, ob das auch im laufenden Betrieb so bleibt

Gefeiert wird am Weltnormentag vor allem der zweite Baustein. Ohne den ersten bliebe allerdings jede Norm eine Anforderung, deren Einhaltung sich nicht in Zahlen belegen lässt. Über einen Grenzwert entscheidet am Ende die Messung, mit der er überprüft wird.

Entlang der Energiekette wachsen die Messaufgaben schneller als die Normale

Ihre Arbeit zur Energiewende gliedert die PTB entlang der Energiekette, von der Erzeugung über Übertragung und Speicherung bis zum Verbrauch. Unter diesem Dach bündelt das Institut in der Metrologie Energiewende-Themen von der Solarzelle bis zum Wasserstoffnetz. Sobald man die Beispiele nebeneinanderlegt, zeigt sich dasselbe Muster. Die Anlagen werden größer, heißer oder spannungsreicher, als es die vorhandenen Referenzen abdecken.

Die folgende Übersicht fasst Angaben der PTB aus einem Fachvortrag vom Oktober 2025 zusammen:

Bemerkenswert ist weniger die einzelne Zahl als die Richtung. In allen vier Bereichen liegt die Praxis bereits dort, wo die Kalibrierung erst hinwill.

Greifbar wird das bei der Gleichstromübertragung. Je weiter Erzeugung und Verbrauch auseinanderliegen, desto mehr Leistung wandert über Trassen, deren Spannung und Verluste über Hunderte Kilometer hinweg bekannt sein müssen. Statt eines einzigen Riesennormals setzt die PTB auf Spannungsteiler aus einzelnen Modulen, die sich jeweils gegen ein nationales Normal kalibrieren lassen.

Wenn eine Anlage größer wird als ihr Referenznormal

Was passiert, wenn eine Messgröße den kalibrierbaren Bereich verlässt? Der Messwert entsteht dann durch Extrapolation, also durch die Übertragung einer Kalibrierung aus einem kleineren Bereich auf einen größeren. Ein Massestromsensor, der bei 20 °C kalibriert wurde und bei 300 °C arbeitet, liefert zwar eine Zahl. Wie weit diese Zahl vom wahren Wert abweichen kann, lässt sich aber kaum belastbar angeben.

Weil garantierte Wirkungsgrade, Leistungskurven von Windenergieanlagen und die Abrechnung transportierter Wasserstoffmengen auf solchen Werten beruhen, hat das für Hersteller und Betreiber handfeste Folgen. In diesem Sinn bedeutet Metrologie für die Energiewende, die Normale dorthin zu bringen, wo die Technik längst angekommen ist.

Messwerte überqueren Grenzen schneller als Stromleitungen

Solarmodule, Wechselrichter, Zähler und Ladesäulen werden selten dort betrieben, wo sie entstehen. Auch die Energie selbst fließt über Kuppelleitungen zwischen Staaten und wird an internationalen Börsen gehandelt. Damit eine Kilowattstunde in Lissabon dasselbe bedeutet wie in Warschau, müssen Messergebnisse über Grenzen hinweg vergleichbar sein.

Den Rahmen dafür bildet das CIPM MRA, die gegenseitige Anerkennung nationaler Normale sowie der Kalibrier- und Messscheine nationaler Metrologieinstitute. Unterzeichnet wurde das Abkommen am 14. Oktober 1999 in Paris, in der Woche der 21. Generalkonferenz, zunächst von den Instituten aus 38 Staaten. Der Weltnormentag ist damit zugleich der Jahrestag dieser Vereinbarung. Was metrologische Rückführbarkeit auf nationaler und internationaler Ebene ausmacht, beschreibt ein eigener Beitrag.

Da rund 80 % unserer Prüftechnik ins Ausland gehen, gehört diese Vergleichbarkeit für uns zum Alltag. Ein Prüfplatz, den wir ausliefern, muss Ergebnisse erzeugen, die nach der europäischen Messgeräterichtlinie ebenso Bestand haben wie nach internationalen IEC-Normen oder den Empfehlungen der OIML. Ohne gegenseitige Anerkennung bliebe Metrologie für die Energiewende ein nationales Projekt, während die Energiewende selbst global verläuft.

Die Leistungsangabe eines Solarmoduls als Beispiel

Wie eine solche Kette in der Praxis aussieht, zeigt die Photovoltaik. Am Anfang steht eine Referenzsolarzelle der World PV Scale, die ein nationales Metrologieinstitut primär kalibriert. Kalibrierlabore nach ISO/IEC 17025 geben diese Kalibrierung an die Hersteller weiter, die damit die Bestrahlungsstärke ihrer Sonnensimulatoren einstellen. Erst danach steht eine Nennleistung auf dem Datenblatt.

Wenn Kunden die Module zweier Hersteller vergleichen, verlassen sie sich auf diese Kette, ohne sie zu kennen. Die Leistungsangabe in Watt-Peak ist nur deshalb weltweit vergleichbar, weil jedes Glied auf dieselbe Referenz zurückgeht. Genau diese Art von Verlässlichkeit meint Metrologie für die Energiewende, sobald sie über Landesgrenzen hinweg gedacht wird.

Elektrische Messgrößen tragen die Sektorenkopplung

Wärmepumpen, Elektrofahrzeuge und Elektrolyseure haben eines gemeinsam. Sie machen elektrische Energie zur Bezugsgröße für Sektoren, die früher mit Heizöl, Erdgas oder Benzin gerechnet haben. Jeder Umwandlungsschritt braucht dabei eine Messung auf beiden Seiten, denn ein Wirkungsgrad ist nichts anderes als das Verhältnis zweier Messwerte.

Am Elektrolyseur lässt sich das gut nachvollziehen. Gemessen wird zum einen die aufgenommene elektrische Energie, zum anderen die erzeugte Menge Wasserstoff. Weichen beide Messungen in entgegengesetzte Richtungen ab, verschiebt sich der ausgewiesene Wirkungsgrad spürbar, obwohl sich an der Anlage nichts geändert hat. Ohne Metrologie für die Energiewende gäbe es deshalb keine belastbare Effizienzbilanz.

Zugleich gewinnt Gleichstrom an Gewicht, in der Übertragung über große Distanzen ebenso wie in Batteriespeichern und an Schnellladesäulen. Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge unterliegen in Deutschland dem Mess- und Eichrecht. Nach eigenen Angaben hat die PTB im Bereich der Ladeinfrastruktur inzwischen mehr als 100 Zertifizierungsverfahren geführt.

Genau hier liegt unser Arbeitsfeld. Wir entwickeln Prüftechnik für Wechselstrom- und Gleichstromzähler, mit der Zählerlabore und Hersteller Messabweichungen gegen rückgeführte Referenzen bestimmen. Je mehr Sektoren über die Kilowattstunde verbunden werden, desto stärker stützt sich Metrologie für die Energiewende auf die elektrische Messtechnik.

In Versailles stehen Zeitmessung und Digitalisierung auf der Tagesordnung

Worüber die Generalkonferenz im Oktober berät, hat das BIPM bereits im Januar mit der Einberufung veröffentlicht. Sechs Resolutionsentwürfe liegen vor. Sie betreffen den universellen Beitritt zur Meterkonvention, die künftige Definition der Sekunde, die Kontinuität der koordinierten Weltzeit UTC, eine internationale Zeitskala für den Mond, die weitere digitale Transformation des globalen Metrologiesystems und eine Geschäftsordnung für die Konferenz. Entschieden wird darüber erst in Versailles.

Was haben Sekunde und Weltzeit mit der Energieversorgung zu tun? Mehr, als es zunächst scheint. Netzschutz, Abrechnung in Viertelstundenwerten und Energiehandel arbeiten mit Zeitstempeln, die letztlich auf UTC zurückgehen. Eine stabile, international abgestimmte Zeitbasis gehört deshalb ebenso zur Messinfrastruktur wie ein Spannungsnormal.

Der Entwurf zur digitalen Transformation knüpft an die Arbeit des BIPM an, Messergebnisse und Kalibrierinformationen weltweit eindeutig und digital austauschbar zu machen. Unabhängig vom Ausgang der Abstimmungen zeigt die Tagesordnung, dass Metrologie für die Energiewende längst auch eine Frage von Zeit und Daten ist.

Unser Beitrag zur Metrologie für die Energiewende

Wir arbeiten an beiden Enden derselben Kette. Am oberen Ende steht das Primärnormal PPCS, das wir seit 2008 für nationale Metrologieinstitute bauen. Welche Komparatoren und Referenznormale wir für diese Einrichtungen fertigen, zeigt unsere Seite zur Messtechnik für Metrologieinstitute.

Am unteren Ende stehen die Prüfplätze in den Zählerlaboren von Netzbetreibern, Messstellenbetreibern und Herstellern. Dazwischen arbeitet unser Kalibrierlabor, das seit 2000 akkreditiert ist. Jede DAkkS-Kalibrierung, die dort entsteht, verbindet ein Arbeitsmittel im Feld mit den nationalen Normalen der PTB. Was wir zur Metrologie für die Energiewende beitragen können, hängt deshalb an der Qualität jeder einzelnen Stufe.

Vom Primärnormal bis zum Prüfplatz im Zählerlabor

Von Stufe zu Stufe wächst die Messunsicherheit. Ein Prüfzähler kann nur dann sicher beurteilen, ob ein Elektrizitätszähler seine Fehlergrenzen einhält, wenn er selbst deutlich genauer misst als der Prüfling. Damit dieser Abstand gewahrt bleibt, setzen Zählerprüfplätze Prüfzähler der Genauigkeitsklasse 0,2 und genauer ein. Kalibriert werden diese wiederum gegen Referenznormale, deren Genauigkeit 0,01 % erreicht.

Ein Fehler an der Spitze der Kette setzt sich in jede darunterliegende Messung fort. Deshalb betrachten wir Referenznormale und Prüftechnik als ein zusammenhängendes System, nicht als getrennte Produkte. Bei neuen Messbereichen, wie sie Metrologie für die Energiewende fortlaufend erschließt, gilt das umso mehr. Bauen Sie ein Zählerlabor für Gleichstromzähler oder neue Gerätegenerationen aus, lohnt es sich, die Rückführung von Beginn an mitzuplanen.

Drei Fragen, die jedes Prüflabor beantworten können sollte

Der Weltnormentag bietet einen guten Anlass, die eigene Messinfrastruktur einmal grundsätzlich zu überprüfen. Metrologie für die Energiewende beginnt nicht in Versailles, sondern im eigenen Labor. Drei Fragen helfen bei der Einordnung:

• Referenz: Auf welches nationale Normal geht die Referenz Ihres Prüfplatzes lückenlos zurück?
• Messunsicherheit: Welche Unsicherheit ist für Ihre Ergebnisse dokumentiert, auch in Messbereichen, die neu hinzugekommen sind?
• Anerkennung: Gelten Ihre Kalibrierscheine auch in den Ländern, in die Ihre Prüflinge geliefert werden?

Sind alle drei sofort beantwortet, ist Ihr Labor gut aufgestellt. Falls eine davon offen bleibt, lohnt sich ein genauerer Blick. Möchten Sie Ihre Referenzkette oder einen Prüfplatz für neue Messaufgaben bewerten lassen, finden Sie den direkten Weg zu unserem Team unter Kontakt.