Rozdiel medzi elektrickou energiou a elektrickým výkonom

Informatec Digital » Zdroje » Rozdiel medzi elektrickou energiou a elektrickým výkonom

La elektrická energia a výkon Toto sú dva koncepty, ktoré vidíme všade: na účtoch za elektrinu, na štítkoch spotrebičov, v zmluvách s dodávateľmi energie a dokonca aj keď hovoríme o obnoviteľná energiaJe však veľmi bežné, že sa zamieňajú a používajú, akoby boli rovnaké, pričom v skutočnosti opisujú rôzne veci a počítajú sa odlišne.

Jasne pochopte Čo je výkon (kW) a čo je energia (kWh)? Pomáha vám interpretovať váš účet za elektrinu, vybrať si správny zmluvný výkon, odhadnúť, koľko elektriny vaše spotrebiče spotrebujú, a urobiť realistické posúdenie. systém vlastnej spotreby alebo batériu. Poďme si všetky tieto pojmy pokojne rozobrať, pomocou jednoduchých vzorcov, numerických príkladov a niekoľkých trikov, aby ste na ne už nikdy nezabudli.

Elektrická energia: čo to je a ako ju vypočítať

Keď o tom hovoríme elektrická energia Hovoríme o rýchlosti, akou zariadenie premieňa elektrickú energiu na iný typ energie (svetlo, teplo, pohyb, zvuk atď.). Jednoducho povedané, je to množstvo energie, ktoré je zariadenie schopné v danom okamihu využiť alebo dodať.

Výkon sa meria v watty (W) v medzinárodnom systéme, hoci v domácej a profesionálnej sfére je veľmi bežné používať násobky, ako napríklad kilowatt (kW), megawatt (MW) alebo gigawatt (GW)Pre lepšiu predstavu, hlavné ekvivalencie sú:

• 1 kW = 1.000 W
• 1 MW = 1 000 kW
• 1 GW = 1 000 MW

V jednoduchom obvode jednosmerného alebo striedavého prúdu, elektrický výkon P Vypočíta sa pomocou najzákladnejšieho vzorca:

P = I · U

kde I je intenzita prúdu v ampéroch (A) a U Je to napätie vo voltoch (V). Výsledok získame v watty (W), čo je ekvivalent joulom za sekundu (J/s), teda energii za jednotku času.

Keď vidíte žiarovku s výkonom 100 W, sporák s výkonom 2 000 W alebo fén s výkonom 1 500 W, hovorí vám to... výkon, ktorý zariadenie dokáže vyžadovať alebo transformovať počas prevádzkyČím väčší výkon, tým väčšia je „sila“ alebo schopnosť vykonať prácu za rovnaký čas.

Pre lepšiu predstavu si predstavte tri úsporné žiarovky. 8 W, 15 W a 23 WVšetky premieňajú elektrinu na svetlo a časť tepla, ale 23W žiarovka dodáva viac energie za sekundu, takže za rovnaký čas svieti viac. Práve tento rozdiel ju robí takou užitočnou. elektrická energia.

Jednoduché príklady výpočtu výkonu

V praxi sú výpočty výkonu zvyčajne založené na sieťovom napätí a prúde pretekajúcom spotrebičom. Ak máte jednofázovú domácu inštaláciu s V 220 (alebo 230 V, v závislosti od krajiny), môžete bezpečne použiť vzorec P = V · I.

Predstavte si žiarovku zapojenú do siete 220 V, ktorou preteká prúd 0,45Výkon bude:

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

Naopak, ak poznáte výkon žiarovky a sieťové napätie, môžete odvodiť intenzita ktorý ním prechádza riešením vzorca:

I = P/V

S lampou 100 W Pri napätí 220 V by sme mali:

I = 100 W / 220 V ≈ 0,45 A

Tieto jednoduché výpočty sú veľmi užitočné na dimenzovanie káblov, poistiek alebo zástrčiek a tiež na získanie predstavy o Aký prúd odoberá každé zariadenie? keď ho pripojíte k sieti.

Ohmov zákon a jeho vzťah k výkonu

Pre úplnosť obrazu moci je potrebné pripomenúť si, Ohmov zákonTento zákon spája tri základné elektrické veličiny: napätie, prúd a odpor. Sformuloval ho Georg Simon Ohm a vyjadruje sa takto:

R = ΔV / I

kde R je odpor v ohmoch (Ω), ΔV je rozdiel potenciálov vo voltoch (V) a I je intenzita prúdu v ampéroch (A). Z tohto výrazu sa získajú najpraktickejšie spôsoby riešenia problémov:

• I = ΔV / R (Ak poznáte napätie a odpor, môžete vypočítať prúd).
• ΔV = R · I (Ak poznáte odpor a prúd, môžete zistiť napätie).

Použitím Ohmovho zákona spolu s výrazom pre výkon P = V · I možno získať ďalšie spôsoby vyjadrenia výkonu ako funkcie odporu alebo prúdu. Ak teda nahradíme V za R·I, dostaneme:

P = V · I = (R · I) · I = R · I²

Tento vzťah P = R · I² Je veľmi užitočný na analýzu toho, koľko tepla sa generuje v rezistore alebo ako veľmi sa vodiče zahrievajú, keď nimi prechádza prúd.

Pozrime sa na veľmi jednoduchý príklad: ak je rezistor 15 Ω Prechádza prúd 30, potenciálny rozdiel bude:

V = R · I = 15 Ω · 30 A = 450 V

V inom cvičení, ak máte odpor 100 Ω vystavený stresu z V 12Intenzita bude:

I = ΔV / R = 12 V / 100 Ω = 0,12 A

Elektrická energia: čo to je a ako sa meria

La elektrickej energie predstavuje celkové množstvo vykonanej elektrickej práce za časZatiaľ čo výkon je „koľko energie za sekundu dokáže zariadenie spracovať“, energia nám hovorí, koľko elektriny spotrebovalo alebo vyrobilo za určité obdobie.

V elektrickom poli možno energiu merať v jouly (J)Avšak v domácej spotrebe, priemyselnom použití a fakturácii sa takmer vždy používa [chýbajúci výraz]. watthodina (Wh) a predovšetkým kilowatthodina (kWh)Toto sú informácie, ktoré vidíte na svojom účte za elektrinu: spotrebovaná energia počas fakturačného obdobia.

Základný vzťah medzi výkonom, časom a energiou je:

E = P · t

kde E Je to energia, P moc a t prevádzkový čas. Ak je P vyjadrené v kW a t v hodinách, E sa získa v kWhMôžete pracovať vo wattoch a sekundách, aby ste získali energiu v joulov s týmito ekvivalenciami:

• 1 kWh = 1 kW · 1 h
• 1 kWh = 1 000 W · 3 600 s
• 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J

Kľúčovou myšlienkou je, že Energia akumuluje účinok sily v priebehu časuNízkoenergetický spotrebič, ktorý je zapnutý niekoľko hodín, môže spotrebovať viac energie ako veľmi výkonný spotrebič, ktorý sa používa len niekoľko minút denne.

Jasné príklady elektrickej energie

Predstavte si, že zapojíte iba jeden 100W chladnička u vás doma. Ak ho 1. januára pripojíte iba na jednu hodinu, spotreba bude:

E = 100 W · 1 h = 100 Wh = 0,1 kWh

Ak ho namiesto toho zapnete jednu hodinu denne počas celého mesiaca (31 dní), celkový súčet sa získa vynásobením tejto dennej energie číslom 31:

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

V tomto prípade výkon chladničky Stále je to 100W (to sa nemení), ale spotrebovanej energie Mesačná spotreba energie sa zvyšuje s dobou používania. V typickej domácnosti, kde je v prevádzke oveľa viac spotrebičov (osvetlenie, chladnička, práčka, počítač, elektrické kúrenie atď.), môže ročná spotreba energie ľahko dosiahnuť niekoľko megawatthodiny (MWh).

Ďalší veľmi ilustratívny príklad: chladnička 200 W pripojené k napájaniu 220 V, ktoré funguje počas 5 hodínPoužitie vzorca:

E = P · t = 200 W · 5 h = 1 000 Wh = 1 kWh

Ak máte televízor 120 W Ak by bol zapnutý na 2 hodiny, výpočet by bol:

E = 120 W · 2 h = 240 Wh = 0,24 kWh

Tieto hodnoty sa potom vynásobia cena za kWh ktorú vám váš dodávateľ energie účtuje za získanie sumy, ktorá sa vzťahuje na energiu na faktúre.

Analógie pre lepšie pochopenie sily a energie

Niekedy je veľmi užitočné uchýliť sa k porovnania s každodennými situáciami aby sa tieto koncepty udržali. Existujú tri klasické analógie, ktoré fungujú veľmi dobre: ​​auto, voda a dokonca aj svetelný meč.

Pri šoférovaní auta, energie môže byť spojené s okamžitá rýchlosť (km/h), zatiaľ čo energie by bolo ekvivalentné celková prejdená vzdialenosť (km). Môžete ísť rýchlo (vysoký výkon) krátky čas a prejsť niekoľko kilometrov (nízka celková energia) alebo ísť relatívne pomaly (nízky výkon) mnoho hodín a prejsť veľa kilometrov (vysoká akumulovaná energia).

Niečo podobné sa stane s hadicou a vedrom s vodou. prietok vody v litroch za sekundu by to bolo energiezatiaľ čo množstvo vody, ktoré skončí vo vnútri vedra by to bol celkový počet litrov, teda energieVeľmi veľký prietok naplní vedro rýchlo; malý prietok bude trvať dlhšie, ale ak ho udržíte dostatočne dlho, nakoniec ho aj on naplní.

Existujú aj ďalšie geekovské, ale rovnako užitočné porovnania: odhaduje sa, že svetelný meč by si vyžadovalo poradie 28 kW energie na prevádzku. Ak ho hrdina používa 15 minút, potrebná energia by bola:

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

Ak bude bojovať 3 hodiny vkuse, spotreba energie bude predstavovať:

Energia = 28 kW · 3 h = 84 kWh

Výkon šable sa nemení (zostáva 28 kW), ale Celková energia Čím dlhšie zostáva zapnutý, tým viac sa zvyšuje, čo sa deje s každým skutočným elektrickým spotrebičom.

Aplikácia energie a výkonu v solárnej energii

Vo fotovoltaickom systéme, energie Zvyčajne sa to prejavuje v kilowatty (kW) a predstavuje okamžitú výrobnú kapacitu [nejasné]. Táto energia sa počas dňa mení v závislosti od slnečného žiarenia, polohy slnka a poveternostných podmienok.

La vyrobená energia solárna inštalácia je vyjadrená v kilowatthodiny (kWh) a získava sa sčítaním energie generovanej v každom okamihu za určité časové obdobie. V typickom monitorovacom grafe zvislá os predstavuje výkon (kW) a na horizontálnej osi čas. plocha pod krivkou Výkon je presne celková vyrobená energia (kWh).

Napríklad, ak systém v konkrétnu hodinu vygeneruje priemer 3 kWEnergia získaná v tomto pásme bude:

Energia = 3 kW · 1 h = 3 kWh

Ak na konci dňa zistíte, že vaša inštalácia dodala 21 kWh, môžete odhadnúť ekonomické úspory Vynásobením tejto energie sadzbou vášho dodávateľa energie. Pri cene 0,18 €/kWh by denná úspora bola:

Úspora = 21 kWh · 0,18 €/kWh = 3,78 €

Rovnaké zdôvodnenie platí aj pre posudzovanie mesačnej alebo ročnej produkcie: stačí sčítajte kWh vygenerovaných v každom intervale a vynásobte ich cenou kWh, ktorú ušetríte tým, že si túto energiu už nebudete kupovať zo siete.

Batérie: energetická kapacita a vybíjací výkon

V batériách sa tiež jasne rozlišujú dva pojmy: energetická kapacita a maximálny výkonKapacita je uvedená v kWh a obvyklý vybíjací alebo nabíjací výkon v kW.

Predpokladajme batériu s Kapacita 10 kWh a nepretržitú silu 5 kWTo znamená, že dokáže nepretržite dodávať maximálne 5 kW energie. Ak ho používate pri tomto maximálnom výkone, teoretický čas vybíjania by bol:

Čas = Energia / Výkon = 10 kWh / 5 kW = 2 h

Preto niekedy hovoríme o „2-hodinových“ alebo „4-hodinových“ batériách atď., v závislosti od vzťahu medzi ich kapacitou a výkonom, ktorý dokážu dodať. napájanie batérie určuje, koľko súčasných záťaží dokáže napájať (chladnička, osvetlenie, klimatizácia atď.), zatiaľ čo uložená energia Ukazuje, ako dlho dokáže zvládnuť dané zaťaženie.

Typická chladnička môže vyžadovať približne 300 W keď je kompresor aktivovaný. Ak beží priemerne 6 až 8 hodín denne, jeho približná spotreba bude okolo 2 kWh za deňTáto energia bude musieť pochádzať v izolovanom alebo záložnom systéme z batérie alebo solárnych panelov.

Energia rozptýlená ako teplo: Jouleov zákon

Keď elektrický prúd prechádza vodičom alebo súčasťou s odporom, časť elektrická energia sa nevyhnutne premieňa na teploTento jav je opísaný tzv. Jouleov zákon, ktorý kvantifikuje generovanú tepelnú energiu.

Matematický výraz Jouleovho zákona pre energiu rozptýlenú za jednotku času (t. j. tepelný výkon) možno zapísať ako:

Q = I² · R · t

kde Q Je to energia v jouloch, I prúd v ampéroch, R odpor v ohmoch a t čas v sekundách. Ak chcete vyjadriť energiu v kalórií Namiesto joulov sa používa približný konverzný faktor. 1 kcal ≈ 4,18 J, čo sa zvyčajne približuje 0,24 keď obrátime vzťah:

Q (kal) = 0,24 · I² · R · t

Predstavte si elektrické zariadenie s odporom 30 Ω cez ktorý preteká prúd 4pripojený k zdroju napájania 120 V. Ak zostane zapnutý 10 minút (600 sekúnd), energia premenená na teplo v kalóriách bude:

Q = 0,24 · (4 Å)² · 30 Ω · 600 s

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

Tento efekt je zodpovedný za ohrev káblov, vykurovacie telesá sporákov, varných dosiek, hriankovačov a ďalšie zariadenia, ktorých činnosť je založená práve na premene elektrickej energie na teplo.

Výkon a energia v domácich elektrických spotrebičoch

Všetky domáce spotrebiče majú na svojom typovom štítku informácie, ako napríklad: napätie, frekvencia, menovitý výkon a niekedy aj priemerná spotreba. V krajinách s rozvodnou sieťou podobnou španielskej je typické napätie 220 230-V a frekvencia 50 Hz.

La menovitý výkon vo W Informácie, ktoré vidíte na každom zariadení, vám hovoria, koľko energie dokáže transformovať za sekundu. Toto je založené na energetickom vzorci. E = P · tSpotrebu v kWh môžete odhadnúť aj vtedy, ak poznáte približný čas používania. Pozrime sa na vzorovú tabuľku s niektorými bežnými spotrebičmi:

Elektrický spotrebič	Príkon (w)	Spotreba energie za 1 hodinu (kWh)
Vysávač	1.000	1
počítačový	400	0,4
Práčka	500	0,5
Elektrický sporák	2.000	2
Fén	1.500	1,5

Ak vezmeme fén Napríklad, pri výkone 1 500 W a nepretržitom používaní jednu hodinu bude spotreba:

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

Pri porovnaní sa rýchlo ukáže, že jeden Elektrický sporák s výkonom 2.000 W Je to jeden zo spotrebičov, ktorý spotrebuje najviac energie za hodinu (2 kWh), zatiaľ čo 400W počítač Spotrebuje podstatne menej (0,4 kWh za hodinu). Aj tu je rozdiel medzi okamžitý výkon y Akumulovaná energia v závislosti od času používania.

Kľúčové rozdiely medzi výkonom (kW) a energiou (kWh)

Po všetkom vyššie uvedenom je teraz možné jasne uviesť, že Základný rozdiel medzi elektrickou energiou a energioučo je úzko spojené s časom. Hoci obe veličiny spolu súvisia a objavujú sa spolu na faktúrach a zmluvách, nemerajú to isté.

Po prvé, elektrická energia Je to okamžitá veličina: indikuje rýchlosť, akou sa energia spotrebúva, vyrába alebo prenáša v konkrétnom okamihuMeria sa vo wattoch (W) alebo kilowattoch (kW) a opisuje „rýchlosť“, akou systém vykonáva elektrickú prácu.

La elektrickej energieNa druhej strane predstavuje celkové množstvo energie spotrebovanej alebo vyrobenej počas časového intervaluMeria sa vo watthodinách (Wh), kilowatthodinách (kWh) alebo vo väčších jednotkách, ako napríklad MWh. Získa sa vynásobením výkonu prevádzkovým časom.

Hlavné rozdiely môžeme zhrnúť takto:

• Vzťah s časomVýkon sa vzťahuje na okamžitú alebo priemernú hodnotu za krátke obdobie; energia akumuluje výkon počas celej doby používania.
• Merná jednotka: výkon sa vyjadruje vo W alebo kW; energia vo Wh, kWh, MWh atď.
• Vplyv na návrh zákonaZmluvný výkon (kW) je fixná podmienka, ktorú platíte, aj keď ju takmer nespotrebujete; spotrebovaná energia (kWh) je variabilná a závisí od toho, ako často spotrebiče používate.

Hovorovo povedané, mohli by sme povedať, že Sila je ako šírka diaľnice (koľko áut môže jazdiť súčasne), zatiaľ čo Energia je celkový počet prejdených áut po nej za deň. Veľmi široká diaľnica, ale takmer bez áut, by mala veľkú kapacitu (veľa dostupnej energie), ale malo celkovej cirkulovanej energie.

Ako sa energia a elektrina zobrazujú na vašom účte za elektrinu

Ak sa pozorne pozriete na akýkoľvek účet za elektrinu, uvidíte, že sa na ňom vždy objavujú dva odlišné pojmy: výkonový člen a energetický termínKaždý z nich sa vypočítava a účtuje inak.

Hovor najatá potencia Toto je maximálne množstvo energie (v kW), na ktoré máte nárok podľa vašej zmluvy. Táto hodnota je pevne stanovená a zvyčajne sa platí ako poplatok za kW za deň alebo za kW za rok, bez ohľadu na to, či skutočne dosiahnete túto úroveň spotreby. Nadmerná spotreba energie znamená preplatenie každý mesiac pre funkciu, ktorú možno nepotrebujete.

El energetický termín odráža kWh, ktoré ste skutočne spotrebovali Počas fakturačného obdobia sa spotreba meria meračom. Táto spotreba sa vynásobí vašou zmluvnou cenou za kWh (ktorá sa môže líšiť v závislosti od dennej doby, ak máte tarifikáciu podľa doby spotreby) a po pripočítaní k mýtu a daniam tvorí variabilnú časť vašej faktúry.

Pochopenie rozdielu medzi týmito dvoma konceptmi vám umožňuje doladiť zmluvnú energiu podľa vašich zvykov, vyhnúť sa automatickým odpojeniam z dôvodu prekročenia dostupnej energie a nájsť tarify, ktoré zodpovedajú vášmu modelu spotreby energie. Monitorovacie nástroje a inteligentné merače Pomáhajú presne k tomu, podrobne analyzovať krivku dopytu po energii a spotrebovanú energiu, s cieľom upraviť zmluvu a znížiť náklady na elektrinu bez toho, aby sa obetoval komfort.

Keď pochopíte, čo podmienky na vašej faktúre skutočne znamenajú, bude oveľa jednoduchšie posúdiť, či sa oplatí znížiť zmluvnú spotrebu energie, zmeniť tarifu alebo investovať do opatrení na zvýšenie efektívnosti, ako sú spotrebiče s nízkou spotrebou, LED osvetlenie alebo dokonca systémy vlastnej spotreby s batériami.

Zvládnutie rozdielu medzi elektrická energia a energiaVedieť, ako čítať jednotky (W, kW, Wh, kWh), rozumieť jednoduchým vzorcom ako P = V · I a E = P · t a prepojiť to všetko s vašou faktúrou a skutočnou prevádzkou vašich spotrebičov, vám dáva oveľa výhodnejšiu pozíciu pri riadení vašej spotreby. V konečnom dôsledku je pochopenie toho, ako elektrina prúdi a transformuje sa vo vašej domácnosti alebo firme, kľúčom k rozhodovaniu o tom, akú energetickú kapacitu si zmluvne objednať, aké zariadenia kúpiť, ako ich používať a ktoré investície do efektívnosti alebo vlastnej spotreby sú najrozumnejšie pre vašu peňaženku a životné prostredie.