Google

Watt? Stroom, spanning en Energie!


In de elektriciteitsleer heb je te maken met een aantal basisbegrippen. De belangrijkste zijn Spanning (U), Stroom (I), Weerstand (R) en Vermogen (P)

Er is regelmatig veel verwarring, waardoor vaak verkeerde calculaties worden gemaakt. Ik loop ze daarom nog even kort door. Dit doe ik omdat je met voldoende begrip een heel eind komt in het maken van berekeningen aan elektrische accu- en solar installaties. Dit is bevredigend en leuk, en zorgt ervoor dat je een perfect werkend systeem vooraf kunt berekenen!
Helaas maak ik mee dat ook in de vakhandel of industrie de kennis over onderstaande soms ondermaats is met verkeerd advies tot gevolg en dat is jammer omdat de basis vrij eenvoudig is.

Spanning (U)
Om beter begrip te krijgen van elektriciteit helpt het weleens om een analogie te maken met een watersysteem. Stel de waterdruk in het systeem voor als de spanning: zolang de waterkraan dicht is staat er wel spanning in het systeem maar er stroomt geen water. Uw stopcontacten thuis hebben tussen de twee aansluitingen (even aardedraad buiten beschouwing gelaten) ook een spanning maar er vloeit geen stroom als er niets op is aangesloten. We noemen het ook wel het potentiaalverschil: het heeft de potentie om stroom te laten vloeien.

Weerstand (R)
Weerstand zorgt ervoor dat er een zekere moeite moet worden gedaan om stroom te laten lopen. Een hoge weerstand zorgt voor meer moeite, een lage weerstand voor minder moeite. Kraan open: weerstand gaat omlaag, kraan dicht: weerstand gaat omhoog (oneindig). Niet alleen de kraan zorgt voor weerstand maar ook het systeem van leidingen en koppelingen. Dit systeem kun je vergelijken met de bedrading in in een elektrische installatie.
In een elektrische installatie is een weerstand van nul gelijk aan aan kortsluiting: er loopt een zeer hoge stroom die alleen wordt beperkt door de capaciteit van de voeding. Een weerstand van oneindig zorgt ervoor dat geen stroom loopt. Er is dan niets op stopcontact of accu aangesloten dat stroom laat lopen. Vaak heb je te maken met een tussensituatie van gecontroleerde weerstand. Een lamp heeft een bepaalde weerstand waardoor er een beperkte stroom gaat lopen, die voor licht zorgt.

Stroom (I)
Misschien is u opgevallen, of weet u nog van school, dat er een relatie is tussen de spanning (U) , weerstand (R) en de stroom (I). In formule:

U/I=R (wet van Ohm)

Populair gezegd, als je de spanning weet en de weerstand, dan weet je de stroom. Een accu van 12 volt aangesloten op een weerstand van 10 ohm zorgt voor een stroom van 1,2 ampere in de weerstand. Een weerstand van 1 ohm zorgt voor een stroom van 12 ampere. De weerstand zal erg warm worden. We komen nu op het begrip vermogen.

Vermogen (P)
Het vermogen (P) is de energie die per tijdseenheid wordt uitgewisseld in een systeem. Het vermogen is gerelateerd aan de spanning en de stroom:

P=U*I

Samen met de wet van Ohm kun je met deze formule heel veel basisberekeningen doen in een elektrische installatie.

De 10 ohm weerstand uit bovenstaand voorbeeld zorgt voor een stroom van 1,2 ampere bij 12 volt. In de weerstand wordt 1,2 maal 12 = 14,4 watt vermogen ‘verstookt’ in de vorm van warmte. De 1 ohm weerstand zorgt voor 144 watt aan vermogen. De meeste standaardweerstanden kunnen hooguit 0,5 watt vermogen dissiperen (in de vorm van warmte die wordt afgestaan aan de omgeving)!

Voorbeeld 1
Een gloeilamp van 60 watt aangesloten op een spanning van 230 volt laat een stroom lopen van 60/230 = 0,26 ampere wisselstroom. De weerstand van de lamp kunnen we nu berekenen via de wet van Ohm, die is 230/0,26 = 884 ohm.

Voorbeeld 2
Een 12 naar 230 volt omvormer van 1000 watt wordt aangesloten op een  12 volt accu. De omvormer voedt een waterkoker van 1000 watt. Hoeveel stroom moet de accu leveren aan de omvormer? 1000 watt gedeeld door 12 = 83 ampere. Dit is dus de stroom tussen accu en omvormer. Aan de 230 volt zijde echter gebeurt iets interessants. Dit is de aansluiting tussen omvormer en waterkoker. Hier loopt slechts een stroom van 1000/230 = ca 4 ampere. Dit is de reden dat thuis de 230 volt bekabeling relatief dun kan zijn: de spanning is zo hoog dat de stroom laag kan blijven via de relatie P=U*I. Zie de relatie tussen stroom en spanning als een soort wipwap: gaat de spanning omlaag dan gaat de stroom omhoog bij gelijk vermogen. Dit is de reden dat accukabels bij dit soort vermogens erg dik kunnen zijn terwijl 230 volt kabels relatief dun zijn.

Ampere-uren (Ah)
Vermogen is de energie per tijdseenheid die wordt overgedragen. Vergelijk een snelheidsmeter: deze geeft de afgelegde afstand weer per tijdseenheid. Om de afstand te weten moeten we de snelheid maal de betreffende tijd doen. 40km/uur gedurende een half uur = 20 kilometer afgelegd.
Vermogen is geen energie! Je moet het vermogen met de tijd vermenigvuldigen om de overgedragen energie te weten. Bijvoorbeeld een verfbrander van 1000 watt neemt gedurende een uur 1000 Watt-uur op (Wh). Gedurende 5 minuten is dit 1000 maal 5 gedeeld door 60 = 33 Wh aan energie.

Dus, vermogen wordt uitgedrukt in Watt (W), energie in Watt-uur (Wh).

Een bruggetje naar de energie-inhoud van een accu, deze wordt aangeduid in Ah en niet Wh. Hoe zit dat? Eigenlijk heeft Ah  geen betekenis zonder dat de spanning bekend is. Deze moeten we vermenigvuldigen. Een 100Ah accu van 12 volt kan daarom 100 maal 12 = 1200 Wh aan energie opslaan. Een 100Ah accu van 24 volt kan echter de dubbele energie opslaan: 2400Wh.

Voorbeeld 3
Hoeveel kunnen we theoretisch uit een 1200Wh (100Ah) accu trekken? We kunnen een verfbrander van 1000 watt maximaal 1200/1000 = 1,2 uur laten werken. Dat zal echter niet lukken want de accu zal al eerder zijn ‘ingestort’.  Maar het gaat nu even om de denkwijze.

Voorbeeld 4
Een zonnepaneel van 100 watt levert zijn maximale vermogen gedurende 6 uur aan een 12 volt accu. Hoeveel energie wordt aan de accu toegevoerd?

100 watt bij 12 volt = ruim 8 ampere. Gedurende 6 uur is dit 48Ah. Uitgedrukt in Wh is dit 48 Ah maal 12 Volt = bijna 600 Watt-uur aan energie. Hier kan de waterkoker 600/1000 = ruim een half uur op werken. Een slimmerik heeft misschien de omweg via amperes overgeslagen door de paneelspanning (100) direct met 6 uur te vermenigvuldigen. In de elektrotechniek leiden vaak meerdere wegen naar Rome.
Nogmaals, dit is  allemaal theorie. De panelen zullen nooit volledig hun maximale vermogen afgeven en er zijn verliezen in de energie overdracht enzovoorts. Maar het gaat even om het begrip.

Voorbeeld 5
U heeft een koelkastje dat 40 watt aan vermogen ‘trekt’ uit een 12 volt accu. Hoe groot moet uw accu zijn om het koelkastje twee dagen te laten draaien zonder bij te laden?

40 watt maal 48 uur = 1920 Wh. Bij 12 volt is dit 160 Ah. U heeft dus een heel flinke accu nodig van 50 a 60 kilogram. Zelfs nog groter dan dat, omdat u uw accu nooit helemaal leeg moet trekken maar gemiddeld tot 50% niveau. Wat soms wordt gedaan is de installatie uitrusten met zonnepanelen als daar ruimte voor is. Dan kan met een (veel) kleinere accu worden volstaan omdat overdag de energie direct uit de panelen komt en de accu deels wordt gespaard.

Ook raad ik bij dit soort vraagstukken aan om goed te kijken naar alternatieven voor verbruikers. Een koelkast die de helft verbruikt (kleiner of beter geïsoleerd) resulteert direct in een 2 maal zo kleine en lichte accu. Klassieke gloei- of halogeenverlichting vervangen door LED scheelt vaak ook al veel.

Het is al met al toch een heel verhaal geworden maar als u bovenstaande eenmaal in de vingers heeft, heeft u daar heel veel plezier van!

Kijk op onze zustersite/webshop www.mobilenergy.nl voor een uitgebreid rekenvoorbeeld rond een autonoom solar systeem. U vindt daar ook alle benodigde materialen.

Nog vragen? Neem gerust vrijblijvend contact met ons op (telefonisch of via formulier).

, , ,