Skirtumas tarp elektros energijos ir elektros galios

Informatec Digital » Ištekliai » Skirtumas tarp elektros energijos ir elektros galios

Elektros energija ir galia yra dvi sąvokos, kurias matome visur: elektros energijos sąskaitose, prietaisų etiketėse, sutartyse su energijos tiekėjais ir net kalbant apie atsinaujinančiąją energiją . Tačiau labai dažnai jos painiojamos ir vartojamos sinonimai, nors iš tikrųjų jos apibūdina skirtingus dalykus ir skaičiuojamos skirtingai.

Aiškus galios (kW) ir energijos (kWh) supratimas padeda interpretuoti elektros energijos sąskaitą, pasirinkti tinkamą maitinimo šaltinį, įvertinti, kiek elektros energijos sunaudoja jūsų prietaisai, ir realiai įvertinti savarankiško vartojimo sistemą ar akumuliatorių. Mes ramiai išanalizuosime visas šias sąvokas, pateikdami paprastas formules, skaitinius pavyzdžius ir keletą patarimų, kad jų niekada nepamirštumėte.

Elektros energija: kas tai yra ir kaip ją apskaičiuoti

Kalbėdami apie elektros energiją, turime omenyje greitį, kuriuo prietaisas transformuoja elektros energiją į kitos rūšies energiją (šviesą, šilumą, judesį, garsą ir kt.). Paprastai tariant, tai energijos kiekis, kurį prietaisas gali sunaudoti arba tiekti bet kuriuo momentu.

Galia matuojama vatais (W) Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI), nors buitinėje ir profesionalioje aplinkoje labai dažnai naudojami kartotiniai, pvz., kilovatai (kW) , megavatai (MW) arba gigavatai (GW) . Pagrindinės atitikmenys yra šie:

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

Paprastoje nuolatinės arba kintamosios srovės grandinėje elektros galia P apskaičiuojama pagal pagrindinę formulę:

P = I · U

Kur I yra srovės stipris amperais (A), o U yra įtampa voltais (V). Rezultatas gaunamas vatais (W) , kurie yra lygūs džauliams per sekundę (J/s), t. y. energijai per laiko vienetą.

Kai matote lemputę, pažymėtą 100 W, viryklę – 2.000 W, o plaukų džiovintuvą – 1.500 W, tai rodo galią, kurią prietaisas gali sunaudoti arba konvertuoti veikdamas . Didesnė galia reiškia didesnę „galią“ arba pajėgumą atlikti darbą per tą patį laiką.

Kad būtų aiškiau, įsivaizduokite tris energiją taupančias 8 W, 15 W ir 23 W lemputes . Jos visos paverčia elektrą šviesa ir šiek tiek šilumos, tačiau 23 W lemputė per sekundę tiekia daugiau energijos, todėl per tą patį laiką ji apšviečia daugiau. Šis skirtumas yra būtent elektros galia.

Paprasti galios skaičiavimo pavyzdžiai

Praktiškai galios skaičiavimai paprastai atliekami pagal tinklo įtampą ir per prietaisą tekančią srovę. Jei vienfazė buitinė elektros instaliacija turi 220 V (arba 230 V, priklausomai nuo šalies) įtampą, galite saugiai taikyti formulę P = V · I.

Įsivaizduokite lemputę, prijungtą prie 220 V tinklo, per kurią teka 0,45 A srovė . Galia bus:

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

Ir atvirkščiai, jei žinote lemputės galią ir tinklo įtampą, galite apskaičiuoti per ją tekančią srovę, pertvarkydami formulę:

I = P/V

Su 100 W 220 V lempute gautume:

I = 100 W / 220 V ≈ 0,45 A

Šie paprasti skaičiavimai yra labai naudingi nustatant laidų, saugiklių ar kištukų dydžius, taip pat norint susidaryti vaizdą apie tai, kiek srovės kiekvienas prietaisas sunaudoja jį prijungus prie elektros tinklo.

Omo dėsnis ir jo ryšys su galia

Kad galios paveikslas būtų išsamesnis, pravartu prisiminti Omo dėsnį , kuris jungia tris pagrindinius elektros dydžius: įtampą, srovę ir varžą. Šį dėsnį suformulavo Georgas Simonas Omas, ir jis išreiškiamas taip:

R = ΔV / I

Kur R yra varža omais (Ω), ΔV yra potencialų skirtumas voltais (V), o I yra srovės stipris amperais (A). Iš šios išraiškos gaunami praktiškiausi uždavinių sprendimo būdai:

• I = ΔV / R (Jei žinote įtampą ir varžą, galite apskaičiuoti srovę).
• ΔV = R · I (Jei žinote varžą ir srovę, galite sužinoti įtampą).

Taikant Omo dėsnį kartu su galios išraiška P = V · I, galima gauti ir kitus būdus, kaip išreikšti galią kaip varžos arba srovės funkciją. Taigi, jei V pakeisime R·I, gausime:

P = V · I = (R · I) · I = R · ^I²

Šis ryšys P = R · I ² yra labai naudingas analizuojant, kiek šilumos susidaro rezistoriuje arba kiek įkaista laidininkai, kai per juos teka srovė.

Pažvelkime į labai paprastą pavyzdį: jei per 15 Ω varžą teka 30 A srovė , potencialų skirtumas bus:

V = R · I = 15 Ω · 30 A = 450 V

Kitame pratime, jei turite 100 Ω rezistorių, veikiamą 12 V įtampa , srovė bus:

I = ΔV / R = 12 V / 100 Ω = 0,12 A

Elektros energija: kas tai yra ir kaip ji matuojama

Elektros energija parodo bendrą per tam tikrą laiką atlikto elektros darbo kiekį . Nors galia yra „kiek energijos per sekundę prietaisas gali apdoroti“, energija nurodo, kiek elektros energijos buvo suvartota arba sugeneruota per tam tikrą laikotarpį.

Elektros energijos sektoriuje energija gali būti matuojama džauliais (J) , tačiau buitiniam ir pramoniniam vartojimui bei atsiskaitymo tikslais beveik visada naudojamos vatvalandės (Wh) ir ypač kilovatvalandės (kWh) . Tai skaičius, kurį matote savo elektros energijos sąskaitoje: per atsiskaitymo laikotarpį suvartota energija.

Pagrindinis galios, laiko ir energijos santykis yra toks:

E = P · t

Kur E yra energija, P yra galia, o t yra veikimo laikas. Jei P išreiškiamas kW, o t – valandomis, E gaunamas kWh . Taip pat galite skaičiuoti W ir sekundėmis, kad gautumėte energiją džauliais, naudodami šias lygtis:

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

Pagrindinė idėja yra ta, kad energija laikui bėgant kaupia galios poveikį . Mažos galios prietaisas, paliktas įjungtas daugelį valandų, gali sunaudoti daugiau energijos nei labai galingas prietaisas, naudojamas tik kelias minutes per dieną.

Aiškūs elektros energijos pavyzdžiai

Įsivaizduokite, kad savo namuose įjungėte tik 100 W šaldytuvą . Jei sausio 1 d. jį įjungsite tik vienai valandai, energijos suvartojimas bus:

E = 100 W · 1 val. = 100 Wh = 0,1 kWh

Kita vertus, jei jį įjungsite vieną valandą per dieną visą mėnesį (31 dieną), bendra suma bus gauta padauginus tą dienos energijos kiekį iš 31:

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

Šiuo atveju šaldytuvo galia išlieka 100 W (ji nesikeičia), tačiau per mėnesį suvartojamos energijos kiekis didėja kartu su naudojimo laiku. Įprastuose namuose, kuriuose veikia daug daugiau prietaisų (apšvietimas, šaldytuvas, skalbimo mašina, kompiuteris, elektrinis šildymas ir kt.), metinis energijos suvartojimas gali lengvai pasiekti kelias megavatvalandes (MWh).

Kitas labai iliustruojantis pavyzdys: 200 W šaldytuvas, prijungtas prie 220 V tinklo, kuris veikia 5 valandas . Taikant formulę:

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

Jei 2 valandas įjungėte 120 W televizorių , skaičiavimas būtų toks:

E = 120 W · 2 val. = 240 Wh = 0,24 kWh

Šios vertės tada padauginamos iš jūsų energijos tiekėjo imamos kWh kainos , kad būtų gauta sąskaitos energijos dalies suma.

Analogijos, padedančios geriau suprasti galią ir energiją

Kartais labai naudinga palyginti šias sąvokas su kasdienėmis situacijomis , kad jos įsitvirtintų. Yra trys klasikinės analogijos, kurios labai gerai veikia: automobilis, vanduo ir net šviesos kardas.

Vairuojant automobilį, galia gali būti siejama su momentiniu greičiu (km/h), o energija yra lygi bendram nuvažiuotam atstumui (km). Galite važiuoti greitai (didelė galia) trumpą laiką ir įveikti kelis kilometrus (maža bendra energija) arba važiuoti santykinai lėtai (maža galia) daugelį valandų ir įveikti daug kilometrų (didelė sukaupta energija).

Kažkas panašaus nutinka ir su žarna bei kibiru vandens. Vandens srautas litrais per sekundę rodo galią , o į kibirą patenkančio vandens kiekis – bendrą litrų skaičių arba energiją . Labai didelis srautas kibirą užpildo greitai; mažas – ilgiau, bet jei jį palaikysite pakankamai ilgai, galiausiai jis taip pat užpildys kibirą.

Yra ir daugiau keistų, bet ne mažiau naudingų palyginimų: apskaičiuota, kad šviesos kardui veikti reikia apie 28 kW galios. Jei herojus jį naudotų 15 minučių, reikalinga energija būtų:

Energija = 28 kW · (15 min. / 60 min./val.) = 7 kWh

Jei jis kovotų 3 valandas iš eilės, sunaudotų energijos:

Energija = 28 kW · 3 val. = 84 kWh

Sabero galia nekinta (ji išlieka 28 kW), tačiau bendra energija didėja kuo ilgiau jis įjungtas, o tai ir nutinka su bet kuriuo tikru elektros prietaisu.

Galios ir energijos panaudojimas saulės energijoje

Fotovoltinėje sistemoje galia paprastai išreiškiama kilovatais (kW) ir parodo momentinę saulės baterijų generavimo galią. Ši galia per dieną kinta priklausomai nuo saulės spinduliuotės, saulės padėties ir oro sąlygų.

Saulės energijos įrenginio pagaminta energija išreiškiama kilovatvalandėmis (kWh) ir gaunama sumuojant kiekvienu momentu per tam tikrą laikotarpį sugeneruotą energiją. Įprastoje stebėjimo grafike vertikali ašis rodo galią (kW) , o horizontali ašis – laiką . Plotas po galios kreive yra tiksliai bendras pagamintas energijos kiekis (kWh).

Pavyzdžiui, jei sistema per valandą generuoja vidutiniškai 3 kW , per tą laikotarpį gauta energija bus:

Energija = 3 kW · 1 val. = 3 kWh

Jei dienos pabaigoje matote, kad jūsų įrenginys tiekė 21 kWh , sutaupytą energiją galite apskaičiuoti padauginę šią energiją iš savo energijos tiekėjo tarifo. Esant 0,18 €/kWh kainai, dienos sutaupymas būtų:

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

Tas pats samprotavimas gali būti taikomas ir mėnesinei ar metinei gamybai įvertinti: tiesiog sudėkite kiekviename intervale pagamintą kWh ir padauginkite jį iš kWh kainos, kurią sutaupysite nebepirkdami tos energijos iš tinklo.

Baterijos: energijos talpa ir iškrovimo galia

Baterijose taip pat aiškiai atskiriamos dvi sąvokos: energijos talpa ir maksimali galia . Talpa nurodoma kWh , o tipinė iškrovimo arba įkrovimo galia – kW.

Tarkime, kad akumuliatorius yra 10 kWh talpos ir nuolatinės galios – 5 kW . Tai reiškia, kad jis gali nuolat tiekti ne daugiau kaip 5 kW galios. Jei jį naudosite maksimaliu galingumu, teorinis išsikrovimo laikas būtų:

Laikas = Energija / Galia = 10 kWh / 5 kW = 2 val.

Todėl kartais kalbame apie „2 valandų“ arba „4 valandų“ baterijas ir pan., priklausomai nuo jų talpos ir tiekiamos galios santykio. Baterijos galia lemia, kiek vienu metu veikiančių apkrovų ji gali maitinti (šaldytuvą, apšvietimą, oro kondicionierių ir kt.), o sukaupta energija rodo, kiek laiko ji gali tiekti tas apkrovas.

Įprastam šaldytuvui, kai veikia kompresorius, gali prireikti apie 300 W. Jei jis veikia vidutiniškai 6–8 valandas per dieną, apytikslis jo dienos suvartojimas bus apie 2 kWh . Autonominėje arba atsarginėje sistemoje ši energija turės būti gaunama iš akumuliatoriaus arba saulės baterijų.

Energija, išsisklaidanti kaip šiluma: Džaulio dėsnis

Kai elektros srovė praeina per laidininką arba komponentą su varža, dalis elektros energijos neišvengiamai virsta šiluma . Šį reiškinį apibūdina Džaulio dėsnis , kuris kiekybiškai įvertina susidariusią šiluminę energiją.

Džaulio dėsnio matematinė išraiška, skirta per laiko vienetą išsklaidytai energijai (t. y. šiluminei galiai), gali būti parašyta taip:

Q = I² ^· R · t

Kur Q yra energija džauliais, I – srovės stipris amperais, R – varža omais, o t – laikas sekundėmis. Jei norite išreikšti energiją kalorijomis, o ne džauliais, naudojamas apytikslis konversijos koeficientas 1 cal ≈ 4,18 J , kuris, kai santykis atvirkštinis, paprastai yra apytiksliai lygus 0,24 :

Q (kal) = 0,24 · I² ^· R · t

Įsivaizduokite 30 Ω varžos elektrinį prietaisą, per kurį teka 4 A srovė , prijungtą prie 120 V įtampos. Jei jis lieka įjungtas 10 minučių (600 sekundžių), į šilumą paversta energija kalorijomis bus:

Q = 0,24 · (4 A) ² · 30 Ω · 600 s

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

Šis efektas yra atsakingas už laidų, viryklių rezistorių, viryklių, skrudintuvų ir kitų prietaisų, kurių veikimas pagrįstas elektros energijos pavertimu šiluma, įkaitimą.

Buitinių elektros prietaisų galia ir energija

Visų buitinių prietaisų duomenų lentelėse pateikiama informacija, pvz. , įtampa, dažnis, vardinė galia ir kartais vidutinės energijos sąnaudos. Šalyse, kurių tinklas panašus į Ispanijos, įprasta įtampa yra 220–230 V , o dažnis – 50 Hz.

Kiekvieno prietaiso nurodyta nominali galia vatais (W) nurodo, kiek energijos per sekundę jis gali konvertuoti. Naudodami energijos formulę E = P · t , taip pat galite įvertinti suvartojimą kWh, jei žinote apytikslį naudojimo laiką. Pažvelkime į lentelę su kai kuriais dažniausiai naudojamais prietaisais:

Elektros prietaisas	Galia (W)	Energijos suvartojimas per 1 valandą (kWh)
dulkių siurblys	1.000	1
Kompiuteris	400	0,4
Skalbimo mašina	500	0,5
Elektrinė viryklė	2.000	2
Plaukų džiovintuvas	1.500	1,5

Jei, pavyzdžiui, paimsime 1.500 W galios plaukų džiovintuvą ir jį naudosime valandą nepertraukiamai, energijos suvartojimas bus:

E = 1.500 W · 1 val. = 1.500 Wh = 1,5 kWh

Lyginant greitai paaiškėja, kad 2.000 W elektrinis šildytuvas yra vienas iš prietaisų, sunaudojančių daugiausiai energijos per valandą (2 kWh), o 400 W kompiuteris sunaudoja gerokai mažiau (0,4 kWh per valandą). Čia vėl išryškėja skirtumas tarp momentinės galios ir laikui bėgant sukauptos energijos .

Pagrindiniai galios (kW) ir energijos (kWh) skirtumai

Remiantis visa tai, kas išdėstyta pirmiau, dabar galima aiškiai nustatyti esminį skirtumą tarp elektros energijos ir energijos , kuris yra glaudžiai susijęs su laiku . Nors abu dydžiai yra susiję ir sąskaitose bei sutartyse nurodomi kartu, jie nematuoja to paties dalyko.

Pirma, elektros energija yra momentinis dydis: ji rodo greitį, kuriuo energija suvartojama, generuojama arba perduodama tam tikru momentu . Ji matuojama vatais (W) arba kilovatais (kW) ir apibūdina „greitį“, kuriuo sistema atlieka elektros darbą.

Kita vertus, elektros energija reiškia bendrą energijos kiekį, sunaudotą arba pagamintą per tam tikrą laiko intervalą . Ji matuojama vatvalandėmis (Wh), kilovatvalandėmis (kWh) arba didesniais vienetais, tokiais kaip MWh. Ji gaunama padauginus galią iš veikimo laiko.

Pagrindinius skirtumus galime apibendrinti taip:

• Ryšys su laikuGalia reiškia momentinę arba vidutinę vertę per trumpą laikotarpį; energija kaupia galią per visą naudojimo laikotarpį.
• Matavimo vienetasgalia išreiškiama W arba kW; energija – Wh, kWh, MWh ir kt.
• Poveikis įstatymo projektuiSutartinė galia (kW) yra fiksuota sąlyga, už kurią mokate, net jei beveik jos nevartojate; suvartojama energija (kWh) yra kintama ir priklauso nuo to, kiek dažnai naudojate prietaisus.

Paprastai tariant, galia yra kaip greitkelio plotis (kiek automobilių gali juo važiuoti vienu metu), o energija – tai bendras automobilių, per dieną juo pravažiavusių, skaičius . Labai platus greitkelis beveik be automobilių turėtų didelį pralaidumą (daug laisvos galios), bet mažai bendros cirkuliuojančios energijos.

Kaip energija ir galia rodomi jūsų elektros energijos sąskaitoje

Atidžiai pažiūrėję į bet kurią elektros energijos sąskaitą, pamatysite, kad joje visada yra du atskiri terminai: galios terminas ir energijos terminas . Kiekvienas iš jų apskaičiuojamas ir apmokestinamas skirtingai.

Vadinamoji sutartinė galia yra maksimalus energijos kiekis (kW), į kurį turite teisę pagal savo sutartį. Ši vertė yra fiksuota ir paprastai mokama kaip mokestis už kW per dieną arba už kW per metus, neatsižvelgiant į tai, ar iš tikrųjų pasiekiate tokį naudojimo lygį. Per didelė sutartinė galia reiškia, kad kiekvieną mėnesį mokate daugiau už galią, kurios jums gali ir nereikėti.

Energijos mokestis atspindi jūsų faktiškai suvartotą kWh per atsiskaitymo laikotarpį, kaip matuojama jūsų skaitikliu. Šis suvartojimas padauginamas iš jūsų sutartyje numatytos kWh kainos (kuri gali skirtis priklausomai nuo paros laiko, jei taikote kainodarą pagal naudojimo laiką) ir, pridėjus rinkliavas bei mokesčius, sudaro kintamąją jūsų sąskaitos dalį.

Suprasdami šių dviejų sąvokų skirtumą, galite tiksliai reguliuoti sutartyje numatytą energijos suvartojimą pagal savo įpročius, išvengti automatinio atjungimo dėl turimos energijos kiekio viršijimo ir rasti tarifus, atitinkančius jūsų energijos vartojimo modelį. Stebėjimo įrankiai ir išmanieji skaitikliai padeda išsamiai išanalizuoti energijos poreikį ir energijos suvartojimo kreivę , o tai leidžia koreguoti sutartį ir sumažinti elektros energijos sąnaudas neprarandant komforto.

Kai suprantate, ką iš tikrųjų reiškia jūsų sąskaitos sąlygos, tampa daug lengviau įvertinti, ar verta mažinti sutartyje numatytą energijos kiekį, keisti tarifą ar investuoti į efektyvumo priemones, tokias kaip mažiau energijos vartojantys prietaisai, LED apšvietimas ar net savarankiško vartojimo sistemos su baterijomis.

Elektros energijos ir galios skirtumo įvaldymas , matavimo vienetų (W, kW, Wh, kWh) skaitymas, paprastų formulių, tokių kaip P = V · I ir E = P · t, supratimas ir visa tai susiejimas su jūsų sąskaita ir faktiniu prietaisų veikimu suteikia jums daug palankesnę poziciją valdant savo vartojimą. Galiausiai, supratimas, kaip elektros energija teka ir transformuojama jūsų namuose ar verslo patalpose, yra labai svarbus sprendžiant, kokio galios lygio sutartis sudaryti, kokius prietaisus pirkti, kaip juos naudoti ir kurios investicijos į efektyvumą ar savarankišką vartojimą yra prasmingiausios jūsų piniginei ir aplinkai.