Az előző részekben már beszéltünk az elektromos áram alapfogalmairól, a teljesítményről és az energiafelhasználásról. Kisokos sorozatunk negyedik részében azt vizsgáljuk meg, hogy az elektromos rendszerek milyen hatékonysággal alakítják át az energiát, illetve milyen tényezők vezethetnek energiaveszteséghez. Energiahatékonyság Az energiahatékonyság azt mutatja meg, hogy egy rendszer a bevitt energiának mekkora részét tudja hasznos munkává vagy a kívánt teljesítménnyé átalakítani és mennyi vész el hő-, vagy egyéb formában. A hatékonyság értékét mindig 0 és 100 százalék között vizsgáljuk, ahol a 100 százalék azt jelenti, hogy nincs energiaveszteség – azonban ilyen a valóságban nem fordul elő. Az energiahatékonyságot a tökéletes működéshez viszonyítva, arányként, vagy gyakran százalékban (%) szokás megadni. Tehát nem klasszikus mértékegységről van szó, inkább egy viszonyított értékről. A kiszámításához el kell osztani a rendszer kimeneti teljesítményét (hasznos energia) a bemeneti teljesítménnyel (bevitt energia), majd az eredményt meg kell szorozni 100-zal, hogy a százalékos formát megkapjuk. Nézzük meg mindezt egy nagyon leegyszerűsített példán keresztül: Tegyük fel, hogy van egy hagyományos, 2000 W-os vízforralónk, amelynek kíváncsiak vagyunk a hatékonyságára. A gyártók a termékek adatlapjain általában feltüntetik a hasznos kimeneti teljesítményt is, így ez a példánkban, az egyszerűség kedvéért legyen 1800 W. Mindez azt jelenti, hogy a gép a dugaljból 2000 W teljesítményt vesz fel, de a víz melegítésére valójában csak 1800 W-ot fordít. A hatékonyság kiszámításához el kell osztanunk a hasznos kimeneti teljesítményt a bemeneti teljesítménnyel, vagyis 1800/2000=0,9. A kapott eredményt meg kell szoroznunk 100-zal, így megkapjuk, hogy a vízforralónk 90 százalékos energiahatékonysággal működik. Ez azt jelenti, hogy a vízforraló a felvett energia 90 százalékát fordítja a víz melegítésére, míg a fennmaradó 10 százalék veszteségként távozik a készülék burkolatán keresztül, hő formájában. Ha egy ennél kevésbé hatékony vízforralót használnánk, amelynek a hatásfoka csak 70 százalék, akkor ugyanannyi víz felforralásához több energiát kellene felhasználnunk, ami magasabb villanyszámlát eredményezne. A gyakori használatra szánt háztartási gépek vásárlásakor érdemes tehát alaposan megnézni azok energiahatékonyságát és kiszámolni, hogy az általában drágább készülékek a tervezett használati idő alatt visszahozzák-e a jobb hatékonyság miatt megfizetett felárat az alacsonyabb villanyszámlán. forrás: Unsplash+ License Energiahatékonyság a hétköznapokban Egy LED-izzó energiahatékonysága nagyjából 90 százalék, mivel az energiája nagy részét fénnyé alakítja, nem pedig hővé. Ezért is melegszik sokkal kevésbé, mint egy hagyományos izzó. Egy hagyományos izzó csak kb. 5 százalékos hatékonysággal alakítja fénnyé az energiát, a maradék 95 százalék pedig hővé alakul. Aki próbált már közvetlenül azt követően klasszikus izzót cserélni, hogy előtte az folyamatosan világított, tudja, mire gondolok. Egy belső égésű motor energiahatékonysága 20-30 százalék, ami azt jelenti, hogy az üzemanyagban tárolt energia többsége hővé alakul és elveszik. Egy modern elektromos autó hajtási hatékonysága viszont elérheti a 85-95 százalékot. Mik az energiaveszteség fő okai? Bármilyen elektromos rendszert vizsgálunk meg, az energia egy része különböző formában mindig „elveszik”. A legtöbb energiaveszteség végső soron hő formájában jelenik meg, még akkor is, ha az eredeti ok például mechanikai súrlódás, vezetékellenállás vagy energiaátalakítás. Nézzük meg, milyen formákban jelentkezhet mindez a gyakorlatban: Ellenállás és hálózati veszteség: Az elektromos vezetőkben fellépő ellenállás miatt az áram hőt termel (joule-hő). Ezért melegszenek fel a kábelek a nagy áramerősségnél. Az ellenállásról a kisokos sorozat 2. részében már volt szó. A nagyfeszültségű áramátvitel során fellépő ellenállás miatt egyes vezetékekben az energia egy része egészen egyszerűen hővé alakul, így nem is jut el a fogyasztókhoz. Mechanikai veszteség: Az elektromos motorokban ugyanúgy vannak mozgó, forgó alkatrészek, mint a hagyományos társaikban. A csapágyak, fogaskerekek súrlódása fékezi a mozgást, így természetesen ebben az esetben is energiaveszteség lép fel. Transzformátorok és inverterek veszteségei: Az energiaátalakítás során (pl. amikor egyenáramot akarunk váltakozó árammá átalakítani és fordítva) szintén mindig van egy minimális veszteség. Töltési veszteség: Az akkumulátorok töltésekor és kisütésekor is hőveszteség lép fel. Energiahatékonyság az elektromos autóknál Ahogy már említettem, az elektromos autók energiahatékonysága sokkal magasabb, mint a belső égésű motoroké, de itt is vannak veszteségek. Például ökölszabály, hogy a töltés során átlagosan 5-10 százalék energiaveszteség keletkezik a hálózatból felvett és az akkumulátorba ténylegesen betáplált energia között. És ne felejtsük el – amit szintén említettem már –, hogy az elektromos motorokban is van súrlódás, ami melegedést, tehát hő formájában veszteséget okoz. A rekuperáció (visszatáplálás) viszont segít csökkenteni a veszteségeket, de nem tudja teljesen visszanyerni a lefékezett energia 100 százalékát. Hogyan csökkenthető az energiaveszteség? Az energiahatékonyság növelése érdekében többféle módszer is alkalmazható, attól függően, hogy milyen rendszerről van szó. Az egyik legegyszerűbb megoldás a megfelelő kábelek, vezetékek használata, mivel ezekből a vastagabb és jobb minőségűek kisebb ellenállással rendelkeznek, így használatuk esetén kevesebb energia veszik el hő formájában. Hasonlóan fontos az akkumulátorok és az inverterek hatékonyságának növelése is, hiszen ezek az eszközök minden energiaátalakítás során veszteséget okozhatnak. A saját lakókocsimban sokáig dühített, hogy a rajta lévő napelemek által megtermelt egyenáram (DC) bekerült az akkumulátorokba, majd onnan egy inverter segítségével átalakult váltakozó árammá (AC), ami eljutott ahhoz a dugaljhoz, amibe bedugtam a laptop töltőmet, ami visszaalakítja a váltakozó áramot egyenárammá (DC). Ez nemcsak felesleges, de veszteséggel is jár. Az elektromos autók esetében a megfelelő hőmenedzsment is kulcsfontosságú, mivel a hőveszteségek csökkentése nemcsak a hatékonyságot javítja, hanem növeli az akkumulátor élettartamát is. Egy jól optimalizált hűtési rendszer ugyan nem csökkenti közvetlenül az energiaveszteséget, sőt maga is energiát igényel, viszont hozzájárulhat ahhoz, hogy az egyes alkatrészek az optimális működési hőmérsékletükhöz közel maradjanak, így kevésbé csökken azok hatékonysága, ami által megnőhet az élettartamuk. Különösen igaz ez az akkumulátorokra, ahol a túlmelegedés nemcsak veszteséget, hanem károsodást is okozhat. A töltési veszteségek csökkentésére a töltési folyamat optimalizálása is jó megoldás lehet. A korszerű töltők intelligens algoritmusokkal szabályozzák a töltési teljesítményt, annak érdekében, hogy a lehető legkevesebb hő (vagyis veszteség) keletkezzen. Bár mindez különösen fontos egy gyorstöltési folyamat vége felé, amikor az akkumulátorcellák már melegek, és nem is képesek olyan hatékonysággal felvenni az energiát, mint lemerült állapotban, az egyre modernebb otthoni töltők is egyre fejlettebbek ebből a szempontból. Összefoglalva, az alábbiakat tehetjük a töltési veszteség csökkentése érdekében: Vastagabb vezetékek használata (kisebb ellenállás = kevesebb hőveszteség). Hatékonyabb akkumulátorok és inverterek alkalmazása. Jobb minőségű alkatrészek alkalmazása (pl. jobb gördülési ellenállású csapágy). Jobb hőszigetelés és hőmenedzsment rendszerek az elektromos autókban. Töltési veszteségek csökkentése optimalizált töltési profilokkal. Összességében tehát az energiahatékonyság növelése több tényezőtől függ, de megfelelő technológiákkal és okos megoldásokkal jelentősen csökkenthető az energiaveszteség mind a háztartásokban, mind az ipari és közlekedési rendszerekben. A következő részben a teljesítmény optimalizálásáról és a hatékony elektromos rendszerek tervezéséről lesz szó! Zvara SzabolcsHiszek abban, hogy a legkisebb tettnek is lehet óriási hatása ezért villanyautót használok, amit napelemről töltök. Igyekszem a háztartást műanyagmentesíteni, a hulladékot szelektíven gyűjteni, az elhasznált dolgokat újra felhasználni és amit lehet a saját kertben megtermelni. Jó érzés tudni, hogy ez nem csak nekem számít, ezért csatlakoztam a Villanyautósok.hu csapatához. Google hírek iratkozz fel! Heti hírlevél iratkozz fel! Kővédő fólia védd az autód!
