Volt, wat, amper, amperogodzina i kilowatogodzina...

Zrozumienie podstawowych definicji jednostek związanych z mocą, natężeniem czy napięciem prądu jest możliwe, jedynie wtedy, gdy rozpocznie się od wyjaśnienia, czym w istocie jest energia elektryczna oraz co ją cechuje. To dzięki jej dostarczeniu można korzystać z większości sprzętów używanych na co dzień w gospodarstwach domowych, rolnych czy też w przedsiębiorstwach. 

Kolejnym wartym uwagi rozwiązaniem jest stworzenie ekologicznej alternatywy, jaką są instalacje fotowoltaiczne. W tym wypadku gospodarstwo domowe lub inna jednostka, posiadająca instalację fotowoltaiczną, samodzielnie wytwarza prąd stały zamieniany z pomocą falownika w prąd zmienny, wykorzystany do zasilania wybranej instalacji. Więcej informacji na temat tego procesu, zamieszczamy w dalszej części tekstu. Aby jednak zrozumieć ten mechanizm, warto zacząć od poznania pojęć podstawowych związanych z napięciem i natężeniem prądu.

Przedstawione w tekście jednostki to podstawowe miary, które można znaleźć w uznanym w większości krajów układzie Si, w którym są one także dokładnie opisane. Ciekawostką jest, że większość określeń swoją nazwę wzięła od nazwisk naukowców, którzy je odkryli albo badali. Jakie skróty warto znać?

• V – wolt,
• W – wat,
• A – amper,
• Ah – amperogodzina,
• kWh – kilowatogodzina,
• J – dżul,
• C – Kulomb,
• s – sekunda,
• kg — kilogram,
• kWp – czyli killowat-peak, jednostka określająca energię wytworzoną przez instalację fotowoltaiczną.

Znając podstawowe skróty, można przejść do wyjaśnienia pierwszej z miar, jaką jest wat.

Wat to powszechnie znana i stosowana jednostka mocy, z którą spotykamy się zarówno w codziennym życiu, jak i we wzorze zużycia energii. To także jednostka, która po odpowiednich obliczeniach pozwala określić, jaką ilość energii mogą wytworzyć panele PV. Jak wspomnieliśmy powyżej, oznaczamy ją symbolem W.

Wat pozwala określić moc dla poszczególnych sprzętów, ale też obwodu lub całej instalacji elektrycznej. Aby obliczyć ilość wykorzystanych watów, koniecznym jest policzenie ilorazu pracy wyrażonej w dżulach – oznaczonych we wzorach literą J, wykonanej w określonej ilości sekund. Jeden wat odpowiada jednemu dżulowi zużytemu w czasie 1 sekundy. Dokładniej, po rozpisaniu także definicji pracy, wzór na wat to: 1 kg pomnożony przez m², następnie podzielony przez s³. 

W przypadku określania mocy instalacji fotowoltaicznych zwykle bazuje się na wielokrotnościach wata, czyli kilowatach (kW).

Volt to jednostka stosowana między innymi do opisania napięcia elektrycznego – czyli różnicy potencjałów elektrycznych w danym obwodzie. Dodatkowo wolt, oznaczany literą V, pozwala na określenie wartości siły elektromotorycznej czy też napięcia elektrycznego. Termin ten pochodzi od nazwiska włoskiego badacza zjawisk elektrycznych, Alessandra Volty. Wzór na obliczenie wolta to iloraz mocy oraz natężenia, wyrażonego w amperach. 1V równy jest jednemu watowi podzielonemu przez 1 amper. 

Znajomość kolejnego z pojęć, kilowatogodziny, szczególnie przyda się wszystkim, którzy planują inwestycję w fotowoltaikę. W celu obliczenia oszczędności, jakie niesie ze sobą montaż instalacji PV, należy oszacować dotychczasowe zużycie prądu. 

Kilowatogodzina jest jednostką pracy, energii i ciepła w układzie SI. Kilowatogodziny oblicza się jako iloczyn energii – wyrażonej w watach, w jednostce czasu, jaką jest godzina. Przedrostek kilo oznacza, że energia ta wyrażona jest w ilości 1000 watów. Mówiąc prościej, jedna kilowatogodzina (kWh) to ilość energii, która w ciągu godziny zostanie zużyta przez urządzenie o mocy 1000 watów (1 kW). 

Z pomocą kWh obliczamy także koszt prądu. Obecnie za 1 kWh energii elektrycznej przyjdzie nam zapłacić średnio od 0,69 zł do 0,78 zł. Co istotne, w 2020 roku stawki te były niższe i mieściły się w przedziale 0,64 – 0,73 zł. Jeszcze niższe obowiązywały w 2019 roku 0,57 – 0,65 zł. Jak zatem łatwo obliczyć, ceny prądu wzrosły od 2019 roku średnio o 20%.

Amper to jednostka natężenia prądu. By dowiedzieć się jakiego natężenia prąd płynie w danym miejscu, należy sprawdzić, ile jednostek, wyrażonych w kulombach, przepływa w określonej ilości sekund w obwodzie. Wiedza o ilości amperów pozwala przykładowo określić, jak dużo energii będzie zużywał dany sprzęt czy cała instalacja elektryczna w budynku. 

Ilość amperów można także zmierzyć, dzieląc wartość napięcia w watach, przez opór, wyrażony w omach. Przekształcając dalej wzór, można się przekonać, że amper wyraża ilość wykonanej pracy podzielonej przez iloczyn oporu oraz ilości ładunku elektrycznego w danym obwodzie, która jest wyrażona w C – kulombach.

Chcąc z kolei odnaleźć odpowiedź na pytanie „1 amper, ile to wolt”, należy znać dodatkowo wartość wat. Amper to iloraz mocy oraz napięcia – wyrażonych odpowiednio w woltach oraz określających napięcie watach.

Wiedząc, że amper jest jednostką pozwalającą określić natężenie prądu w danym układzie, łatwo wywnioskować, że amperogodzina określa jaka ilość jednostek energii może pojawić się w określonym czasie w analizowanym obwodzie. 

W praktyce jednostka ta pozwala określić zdolność do produkcji energii. Jednostkę tę można znaleźć na przykład, gdy analizuje się potencjał danego elementu wytwarzającego energię – przykładem są powszechnie stosowane baterie, akumulatory ładujące laptopy, ładowarki do smartfonów oraz inne.

Amperogodzina (Ah) odpowiada wartości 36000 kulombów. Ilość ta wynika ze wzoru na obliczenie opisanej jednostki. Jest to iloraz C przez s, następnie pomnożony przez czas wyrażony w sekundach – w tym wypadku 3600 sekund odpowiadających godzinie.

Skoro już wiemy, że wat to jednostka mocy, amper określa możliwości wytworzenia prądu, a volt opisuje napięcie, warto odnieść te pojęcia do montażu paneli fotowoltaicznych. Dzięki nim można dowiedzieć się, z jaką wydajnością pracować może dana instalacja fotowoltaiczna, przez jaki czas i określić moc niezbędną do bieżącego zaspokojenia potrzeb na prąd danego gospodarstwa domowego, rolnego czy przedsiębiorstwa.

Musimy bowiem pamiętać, że moduły fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały (DC), który następnie dzięki falownikowi zamieniany jest na prąd przemienny (AC) o napięciu 230V i częstotliwości 50H. W takiej wersji może on dopiero być wykorzystywany do zasilania instalacji elektrycznych i różnego rodzaju urządzeń. 

Jeśli okaże się, że przykładowo przez ostatnie 365 dni zużyliśmy 4000 kWh, to moc instalacji PV, która pokryje nasze zapotrzebowanie na prąd, powinna wynosić około 3,5-4 kW. Jak wynika bowiem z analiz, w warunkach polskich z każdego 1,25 kWp mocy fotowoltaika może wyprodukować rocznie około 1000 kWh energii elektrycznej. Zatem instalacja PV o mocy 1 kWp dostarczy nam średnio w ciągu roku około 900-980 kWh energii elektrycznej. 

W określaniu mocy instalacji fotowoltaicznej warto także rozważyć kwestie przyszłego zapotrzebowania na prąd. W sytuacji, gdy jesteśmy zainteresowani montażem klimatyzacji, planujemy powiększenie rodziny czy floty samochodowej o modele napędzane prądem, może okazać się, że po kilku latach korzystania z zielonej energii nasze zapotrzebowanie wzrośnie. Instalatorzy fotowoltaiki dodatkowo rekomendują, by do szacunków doliczyć spadek mocy paneli PV w czasie. Zwykle wynosi on około 3-5% w pierwszym roku korzystania z fotowoltaiki oraz 1% w kolejnych latach.

Masz pytania? Potrzebujesz więcej informacji? Skontaktuj się z nami