Elektrienergia ja elektrienergia erinevus

Informatec Digital » Ressursid » Elektrienergia ja elektrienergia erinevus

Elektrienergia ja võim on kaks mõistet, mida näeme kõikjal: elektriarvetel, seadmete etikettidel, energiatarnijatega sõlmitud lepingutes ja isegi taastuvenergiast rääkides . Siiski on väga tavaline, et neid aetakse segi ja kasutatakse sünonüümidena, kuigi tegelikkuses kirjeldavad nad erinevaid asju ja neid arvutatakse erinevalt.

Võimsuse (kW) ja energia (kWh) selge mõistmine aitab teil tõlgendada oma elektriarvet, valida õige toiteallika, hinnata seadmete elektritarbimist ja hinnata realistlikult omatarbimissüsteemi või akut. Me selgitame kõiki neid mõisteid rahulikult lihtsate valemite, numbriliste näidete ja näpunäidete abil, et te neid kunagi ei unustaks.

Elektrienergia: mis see on ja kuidas seda arvutada

Elektrienergiast rääkides peame silmas kiirust, millega seade muundab elektrienergia teist tüüpi energiaks (valgus, soojus, liikumine, heli jne). Lihtsamalt öeldes on see energiakogus, mida seade on võimeline igal ajahetkel kasutama või tarnima.

Võimsust mõõdetakse rahvusvahelises ühikute süsteemis (SI) vattides (W) , kuigi kodumajapidamistes ja professionaalsetes keskkondades on väga tavaline kasutada kordseid, näiteks kilovatti (kW) , megavatti (MW) või gigavatti (GW) . Võrdluseks on peamised ekvivalendid järgmised:

• 1kW = 1.000W
• 1 MW = 1.000 kW
• 1 GW = 1.000 MW

Lihtsas alalis- või vahelduvvooluahelas arvutatakse elektriline võimsus P kõige põhilisema valemi abil:

P = I · U

Kus I on voolutugevus amprites (A) ja U on pinge voltides (V). Tulemus saadakse vattides (W) , mis on samaväärne džaulidega sekundis (J/s) ehk energiaga ajaühiku kohta.

Kui näete lambipirni, millel on märge 100 W, pliidil 2.000 W või föönil 1.500 W, näitab see võimsust, mida seade töötamise ajal tarbida või muundada suudab . Suurem võimsus tähendab suuremat "võimsust" ehk töö tegemise võimet sama aja jooksul.

Selguse huvides kujutage ette kolme energiasäästlikku lambipirni võimsusega 8W, 15W ja 23W . Need kõik muudavad elektrienergia valguseks ja mõningaseks soojuseks, kuid 23W pirn annab sekundis rohkem energiat, seega valgustab see sama aja jooksul rohkem. See erinevus seisnebki elektrienergia võimsuses.

Lihtsad näited võimsuse arvutamisest

Praktikas põhinevad võimsusarvutused tavaliselt võrgupingel ja seadmest läbi voolaval voolul. Kui ühefaasilise kodumajapidamise paigaldise pinge on 220 V (või 230 V, olenevalt riigist), võite ohutult kasutada valemit P = V · I.

Kujutage ette 220 V vooluvõrku ühendatud lambipirni, läbi mille voolab vool 0,45 A. Võimsus on:

P = 220 V 0,45 A = 99 W (umbes 100 W)

Vastupidi, kui teate lambipirni võimsust ja võrgupinget, saate sellest läbiva voolu tuletada valemit ümber korraldades:

I = P / V

100W 220V lambiga oleks meil:

I = 100 W / 220 V ≈ 0,45 A

Need lihtsad arvutused on väga kasulikud kaablite, kaitsmete või pistikute suuruse määramiseks ning ka selleks, et saada aimu, kui palju voolu iga seade vooluvõrku ühendamisel tarbib.

Ohmi seadus ja selle seos võimsusega

Võimsuse pildi täiendamiseks on kasulik meeles pidada Ohmi seadust , mis ühendab kolme peamist elektrilist suurust: pinget, voolutugevust ja takistust. Selle seaduse sõnastas Georg Simon Ohm ja see on väljendatud järgmiselt:

R = ΔV / I

Kus R on takistus oomides (Ω), ΔV on potentsiaalide vahe voltides (V) ja I on voolutugevus amprites (A). Sellest avaldisest saadakse kõige praktilisemad viisid probleemide lahendamiseks:

• I = ΔV / R (Kui teate pinget ja takistust, saate voolutugevust arvutada).
• ΔV = R · I (Kui teate takistust ja voolutugevust, saate pinge teada).

Rakendades Ohmi seadust koos võimsusavaldisega P = V · I, saab võimsust takistuse või voolutugevuse funktsioonina väljendada ka muul viisil. Seega, kui asendada V R·I-ga, saadakse:

P = V · I = (R · I) · I = R · ^I²

See seos P = R · I ² on väga kasulik takistis tekkiva soojuse või juhtmete kuumenemise analüüsimiseks voolu läbimisel.

Vaatame väga lihtsat näidet: kui 30 A vool läbib 15 Ω takistit , on potentsiaalide vahe järgmine:

V = R · I = 15 Ω · 30 A = 450 V

Teises harjutuses, kui teil on 100 Ω takisti, millele rakendatakse 12 V pinget , on voolutugevus:

I = ΔV / R = 12 V / 100 Ω = 0,12 A

Elektrienergia: mis see on ja kuidas seda mõõdetakse

Elektrienergia esindab aja jooksul tehtud elektrilise töö koguhulka . Kui võimsus on "kui palju energiat sekundis seade suudab käsitseda", siis energia näitab meile, kui palju elektrit on teatud aja jooksul tarbitud või toodetud.

Elektrisektoris saab energiat mõõta džaulides (J) , kuid kodumajapidamiste ja tööstusliku tarbimise ning arvelduse eesmärgil kasutatakse peaaegu alati vatt-tunde (Wh) ja eriti kilovatt-tunde (kWh) . See on arv, mida näete oma elektriarvel: arveldusperioodil tarbitud energia.

Võimu, aja ja energia vaheline põhiline seos on järgmine:

E = P · t

Kus E on energia, P on võimsus ja t on tööaeg. Kui P on väljendatud kW-des ja t tundides, siis E saadakse kWh- des. Samuti saate energiat džaulides arvutada vattides ja sekundites, kasutades järgmisi ekvivalente:

• 1 kWh = 1 kW · 1 h
• 1 kWh = 1.000 W · 3.600 s
• 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J

Põhiidee on see, et energia akumuleerib aja jooksul võimsuse mõju . Väikese energiatarbega seade, mida kasutatakse mitu tundi järjest, võib tarbida rohkem energiat kui väga võimas seade, mida kasutatakse vaid paar minutit päevas.

Selged näited elektrienergiast

Kujutage ette, et ühendate oma majas vooluvõrku ainult 100 W külmkapi . Kui ühendate selle 1. jaanuaril vooluvõrku vaid üheks tunniks, on energiatarve:

E = 100 W · 1 h = 100 Wh = 0,1 kWh

Kui aga lülitate selle terve kuu (31 päeva) jooksul sisse üheks tunniks päevas, saadakse kogusumma, korrutades selle päevase energiatarbe 31-ga:

E = 31 100 Wh = 3.100 Wh = 3,1 kWh

Sellisel juhul jääb külmkapi võimsus 100 W peale (see ei muutu), kuid kuus tarbitav energia suureneb koos kasutusajaga. Tüüpilises kodus, kus töötab palju rohkem seadmeid (valgustus, külmkapp, pesumasin, arvuti, elektriküte jne), võib aastane energiatarbimine kergesti ulatuda mitme megavatt-tunnini (MWh).

Teine väga illustreeriv näide: 200 W külmkapp, mis on ühendatud 220 V vooluvõrku ja töötab 5 tundi . Valemi rakendamine:

E = P · t = 200 W · 5 h = 1.000 Wh = 1 kWh

Kui teil on 120W teler 2 tundi sisse lülitatud, oleks arvutus järgmine:

E = 120 W · 2 h = 240 Wh = 0,24 kWh

Seejärel korrutatakse need väärtused teie energiatarnija poolt küsitud kWh hinnaga , et saada arve energiaosa summa.

Analoogiad võimu ja energia paremaks mõistmiseks

Mõnikord on nende kontseptsioonide meeldejätmiseks väga kasulik kasutada võrdlusi igapäevaste olukordadega . On kolm klassikalist analoogiat, mis toimivad väga hästi: auto, vesi ja isegi valgusmõõk.

Autoga sõites saab võimsust seostada hetkekiirusega (km/h), samas kui energia on võrdne läbitud koguvahemaaga (km). Saad sõita kiiresti (suur võimsus) lühikest aega ja läbida paar kilomeetrit (madal koguenergia) või sõita suhteliselt aeglaselt (madal võimsus) mitu tundi ja läbida palju kilomeetreid (suur akumuleeritud energia).

Midagi sarnast juhtub vooliku ja veeämbriga. Vee voolukiirus liitrites sekundis näitab võimsust , samas kui ämbrisse jõudva vee hulk näitab koguliitrite arvu ehk energiat . Väga suur voolukiirus täidab ämbri kiiresti; väike voolukiirus võtab kauem aega, kuid kui seda piisavalt kaua jätkata, täidab see lõpuks ka ämbri.

Leidub ka nohiklikumaid, aga sama kasulikke võrdlusi: on hinnatud, et valgusmõõk vajab töötamiseks umbes 28 kW energiat. Kui kangelane kasutab seda 15 minutit, oleks vajalik energia:

Energia = 28 kW · (15 min / 60 min/h) = 7 kWh

Kui ta peab kolm tundi järjest lahingut, oleks tarbitav energia järgmine:

Energia = 28 kW · 3 h = 84 kWh

Saabeli võimsus ei muutu (see jääb 28 kW-ks), kuid koguenergia suureneb, mida kauem see sisse lülitatakse, mis on täpselt see, mis iga päris elektriseadmega juhtub.

Päikeseenergia energia ja võimsuse rakendamine

Fotogalvaanilises süsteemis väljendatakse võimsust tavaliselt kilovattides (kW) ja see esindab päikesepaneelide hetkelist tootmisvõimsust. See võimsus varieerub päeva jooksul sõltuvalt päikesekiirgusest, päikese asukohast ja ilmastikutingimustest.

Päikesepaneelide toodetud energiat väljendatakse kilovatt-tundides (kWh) ja see saadakse igal ajahetkel teatud ajaperioodi jooksul toodetud võimsuse summeerimise teel. Tüüpilises jälgimisgraafikus tähistab vertikaaltelg võimsust (kW) ja horisontaaltelg aega . Võimsuskõvera alune pindala on täpselt kogutoodetud energia (kWh).

Näiteks kui süsteem genereerib antud tunnis keskmiselt 3 kW , on selle aja jooksul saadav energia:

Energia = 3 kW · 1 h = 3 kWh

Kui päeva lõpuks näete, et teie paigaldis on tarninud 21 kWh , saate säästu hinnata , korrutades selle energia oma energiatarnija tariifiga. Hinnaga 0,18 €/kWh oleks päevane sääst:

Säästud = 21 kWh · 0,18 €/kWh = 3,78 €

Sama arutluskäiku saab kasutada igakuise või aastase toodangu hindamiseks: lihtsalt liida kokku igas intervallis toodetud kWh ja korruta see kWh hinnaga, mille säästad, kui seda energiat enam võrgust ei osta.

Akud: energiamaht ja tühjendusvõimsus

Akudes eristatakse selgelt kahte mõistet: energiamahtuvus ja maksimaalne võimsus . Mahtuvust väljendatakse kWh- des ja tüüpilist tühjendus- või laadimisvõimsust kW- des.

Oletame, et aku mahutavus on 10 kWh ja pidev väljundvõimsus 5 kW . See tähendab, et see suudab pidevalt toota maksimaalselt 5 kW võimsust. Kui kasutate seda maksimaalse võimsusega, oleks teoreetiline tühjenemisaeg:

Aeg = Energia / Võimsus = 10 kWh / 5 kW = 2 h

Seepärast räägime mõnikord "2-tunnistest" või "4-tunnistest" akudest jne, olenevalt nende mahtuvuse ja tarnitava võimsuse suhtest. Aku võimsus määrab, kui palju samaaegseid koormusi see suudab toita (külmik, valgustus, kliimaseade jne), samas kui salvestatud energia näitab, kui kaua see suudab neid koormusi toita.

Tüüpiline külmkapp võib kompressori töötamise ajal vajada umbes 300 W. Kui see töötab keskmiselt 6–8 tundi päevas, on selle ligikaudne päevane tarbimine umbes 2 kWh . Võrguühenduseta või varusüsteemis peab see energia tulema akust või päikesepaneelidest.

Soojusena hajuv energia: Joule'i seadus

Kui elektrivool läbib juhti või takistusega komponenti, muundub osa elektrienergiast paratamatult soojuseks . Seda nähtust kirjeldab Joule'i seadus , mis kvantifitseerib tekkivat soojusenergiat.

Joule'i seaduse matemaatiline avaldis ajaühiku kohta hajuva energia (st soojusvõimsuse) kohta on järgmine:

Q = I² ^· R · t

Kus Q on energia džaulides, I voolutugevus amprites, R takistus oomides ja t aeg sekundites. Kui soovite energiat väljendada kalorites džaulide asemel, kasutatakse ligikaudset teisendustegurit 1 kcal ≈ 4,18 J , mis on tavaliselt ligikaudu 0,24, kui seos on vastupidine:

Q (kal) = 0,24 · I² ^· R · t

Kujutage ette elektriseadet, mille takistus on 30 Ω ja mille kaudu voolab 4 A vool , mis on ühendatud 120 V pingega. Kui see jääb sisse lülitatuks 10 minutiks (600 sekundiks), on kalorites soojuseks muundatud energia:

Q = 0,24 · (4 A) ² · 30 Ω · 600 s

Q = 0,24 · 16 · 30 · 600 = 0,24 · 288 000 = 69 120 kalorit

See efekt põhjustab kaablite, pliidi takistite, pliitide, rösterite ja muude seadmete kuumenemist, mille töö põhineb just elektrienergia soojuseks muundamisel.

Kodumajapidamises kasutatavate elektriseadmete võimsus ja energia

Kõikide kodumasinate andmesildil on kirjas teave pinge, sagedus, nimivõimsus ja mõnikord ka keskmine energiatarve. Hispaania omaga sarnase elektrivõrguga riikides on tüüpiline pinge 220–230 V ja sagedus 50 Hz.

Igal seadmel näidatud nimivõimsus vattides (W) näitab, kui palju energiat see sekundis muundada suudab. Energiavalemi E = P · t abil saate hinnata ka tarbimist kWh-des, kui teate ligikaudset kasutusaega. Vaatame tabelit, kus on loetletud mõned levinumad seadmed:

Elektriseade	Võimsus (W)	Energiatarve 1 tunnis (kWh)
Tolmuimeja	1.000	1
Arvuti	400	0,4
Pesumasin	500	0,5
Elektripliit	2.000	2
Föön	1.500	1,5

Kui võtame näiteks 1.500 W võimsusega fööni ja kasutame seda pidevalt tund aega, on tarbimine järgmine:

E = 1.500 W · 1 h = 1.500 Wh = 1,5 kWh

Võrdlusel selgub kiiresti, et 2.000 W elektriradiaator on üks tunnis kõige rohkem energiat tarbivaid seadmeid (2 kWh), samas kui 400 W arvuti tarbib oluliselt vähem (0,4 kWh tunnis). Siin tuleb taas ilmsiks erinevus hetkelise võimsuse ja aja jooksul salvestunud energia vahel.

Võimsuse (kW) ja energia (kWh) peamised erinevused

Kõige eelneva põhjal saab nüüd selgelt kindlaks teha elektrienergia ja energia põhimõttelise erinevuse , mis on tihedalt seotud ajaga . Kuigi mõlemad suurused on omavahel seotud ja esinevad arvetel ja lepingutel koos, ei mõõda nad sama asja.

Esiteks on elektrienergia hetkeline suurus: see näitab kiirust, millega energiat teatud hetkel tarbitakse, genereeritakse või edastatakse . Seda mõõdetakse vattides (W) või kilovattides (kW) ja see kirjeldab "kiirust", millega süsteem elektritööd teeb.

Elektrienergia seevastu tähistab antud ajavahemiku jooksul kasutatud või toodetud energia koguhulka . Seda mõõdetakse vatt-tundides (Wh), kilovatt-tundides (kWh) või suuremates ühikutes , näiteks MWh. See saadakse võimsuse korrutamisel tööajaga.

Peamised erinevused võime kokku võtta järgmiselt:

• Suhe ajagaVõimsus viitab hetkeväärtusele või lühikese aja jooksul saadud keskmisele väärtusele; energia akumuleerib võimsust kogu kasutusperioodi jooksul.
• Mõõtühikvõimsust väljendatakse vattides või kW-des; energiat vatt-tundides (Wh), kWh-des (kWh), MWh-des (MWh) jne.
• Mõju seaduseelnõuleLepinguline võimsus (kW) on fikseeritud summa, mille eest maksate isegi siis, kui te seda peaaegu ei tarbi; tarbitav energia (kWh) on muutuv ja sõltub sellest, kui palju te seadmeid kasutate.

Lihtsamalt öeldes võiksime öelda, et võimsus on nagu maantee laius (mitu autot saab sellel korraga sõita), samas kui energia on autode koguarv, mis on seda päevas läbinud. Väga laial maanteel, kus peaaegu pole autosid, oleks suur läbilaskevõime (palju saadaolevat võimsust), kuid ringleks vähe energiat.

Kuidas võimsus ja energia teie elektriarvel kajastuvad

Kui vaadata tähelepanelikult ükskõik millist elektriarvet, siis on alati olemas kaks eraldi mõistet: võimsus ja energia . Mõlemat arvutatakse ja arvestatakse erinevalt.

Nn lepingujärgne võimsus on maksimaalne võimsuskogus (kW-des), millele teil on lepingu kohaselt õigus. See väärtus on fikseeritud ja seda makstakse tavaliselt kW-tasuna päevas või kW-tasuna aastas, olenemata sellest, kas te tegelikult selle kasutustasemeni jõuate. Liiga suure lepingulise võimsuse korral maksate iga kuu rohkem võimsuse eest, mida te ei pruugi vajada.

Energiatasu kajastab teie arvesti järgi mõõdetud tegelikult tarbitud kWh-d arveldusperioodil . See tarbimine korrutatakse teie lepingujärgse kWh hinnaga (mis võib kellaajast olenevalt erineda, kui teil on ajapõhine hinnakujundus) ja koos teemaksude ja maksudega moodustab see teie arve muutuvosa.

Nende kahe mõiste erinevuse mõistmine võimaldab teil oma lepingujärgset energiatarbimist vastavalt oma harjumustele täpsustada, vältida automaatseid lahtiühendamisi saadaoleva energia ületamise korral ja leida tariife, mis sobivad teie energiatarbimise mustriga. Jälgimisvahendid ja nutikad arvestid aitavad teil oma energiavajadust ja energiatarbimise kõverat üksikasjalikult analüüsida , võimaldades teil oma lepingut kohandada ja elektrikulusid vähendada ilma mugavust ohverdamata.

Kui sa mõistad, mida sinu arvel olevad tingimused tegelikult tähendavad, on palju lihtsam hinnata, kas tasub vähendada lepingujärgset energiatarbimist, muuta tariifi või investeerida energiatõhususe meetmetesse, nagu väiksema energiatarbimisega seadmed, LED-valgustus või isegi akudega isetootmise süsteemid.

Elektrienergia ja energia erinevuse omandamine , ühikute (W, kW, Wh, kWh) lugemise oskus, lihtsate valemite (nt P = V · I ja E = P · t) mõistmine ning kõige selle seostamine oma arve ja seadmete tegeliku toimimisega annab teile palju soodsama positsiooni oma tarbimise haldamiseks. Lõppkokkuvõttes on elektri liikumise ja muundumise mõistmine teie kodus või ettevõttes võtmetähtsusega, et otsustada, millise võimsustasemega lepingu sõlmida, milliseid seadmeid osta, kuidas neid kasutada ning millised investeeringud efektiivsusse või omatarbimisse on teie rahakoti ja keskkonna jaoks kõige mõistlikumad.