Verbraucht ein 24-V-Wechselrichter die gleiche Wattleistung wie ein 12-V-Wechselrichter?

Ich werde Ihnen eine Antwort geben, die einige allgemeine Prinzipien abdeckt, da das spezifische Ergebnis in gewisser Weise vom spezifischen Wechselrichtertyp abhängt.

Ein Wechselrichter wird von den Anschlüssen des Akkupacks (wie auch immer er angeordnet ist, 12V, 24V usw.) als Dauerstromverbraucher betrachtet, also als Zweipolgerät, das immer gleich viel Strom aufnimmt, solange seine Last (die Glühbirne) zieht die gleiche Menge an Strom. Das liegt daran, dass die interne Schaltung versucht, eine konstante Spannung an die Last zu liefern, und solange diese letztere (die Glühbirne) bei konstanter Spannung die gleiche Strommenge zieht, das Produkt$V \cdot I$an der Glühlampe, also die Ausgangsleistung des Wechselrichters, konstant.

Natürlich haben Wechselrichter keinen 100%igen Wirkungsgrad, daher ist die konstante Leistung, die den Batterien entnommen wird, höher als die konstante Leistung, die an die Last geliefert wird, um Verluste innerhalb des Wechselrichters auszugleichen.

Das heißt, wenn derselbe Wechselrichter mit unterschiedlichen Eingangsspannungswerten arbeiten kann, zieht er mehr Strom, wenn er an ein Batteriepaket mit niedrigerer Spannung angeschlossen wird. Der Wert der Kapazität der Batterie (Amperestunden) ist hier nicht relevant. Wichtig ist nur, dass durch beide Batterien der gleiche Strom fließt, wenn sie in Reihe geschaltet werden.

Machen wir ein paar Berechnungen. Lassen$P_L=10W$sei die von der Glühbirne gezogene Leistung und$P_i$die der Wechselrichter aus den Batterien zieht. Unter der Annahme einer Baseballstadion-Effizienz$\eta=0.9=90\%$du hast$P_i = P_L / \eta \approx 11 W$.

Dies bedeutet, dass der Strom, der aus dem Akkupack gezogen wird, sein wird$I_b = P_i / V_b$, Wo$V_b$ist die Spannung des Batteriepakets, dh die Spannung, die der Wechselrichtereingang sieht.

Wir haben also zwei Fälle:

$$\begin{align*} (1)&& V_b &= 12V &&\text{(single 20Ah battery)} \\[2 em] (2)&& V_b &= 24V &&\text{(two 20Ah batteries in series)} \\[2 em] \end{align*}$$

Der Strom in den beiden Fällen ist:

$$\begin{align*} (1)&& I_b &= P_i / V_b = 11W / 12V \approx 900mA \\[2 em] (2)&& I_b &= P_i / V_b = 11W / 24V \approx 450mA \\[2 em] \end{align*}$$

Die Kapazität des Akkus spielt hier also keine Rolle. Es kommt natürlich ins Spiel, um zu berechnen, wie viele Betriebsstunden diese Batterien liefern würden. Tatsächlich die Kapazität$C$einer Batterie ist eine grobe Schätzung, wie lange die Batterie einen bestimmten Strom liefern kann (verwechseln Sie C jedoch nicht mit der Kapazität eines Kondensators! Sie sind überhaupt nicht dasselbe, trotz des verwirrend identischen Symbols!) . Mathematisch:

$$C = I_b \cdot t \qquad\Rightarrow\qquad t = \dfrac {C} {I_b}$$

Also wenn$C = 20 Ah$Die voraussichtliche Dienstzeit beträgt:

$$\begin{align*} (1)&& t &= \dfrac {C} {I_b} = \dfrac {20Ah}{900mA} = \dfrac {20Ah}{0.9A} \approx 22h \\[2 em] (2)&& t &= \dfrac {C} {I_b} = \dfrac {20Ah}{450mA} = \dfrac {20Ah}{0.45A} \approx 44h \\[2 em] \end{align*}$$

Dies ist eine grobe Abschätzung, da die Kapazität eines Akkus keine besonders genaue Größe zur Beurteilung der Nutzungsdauer ist. Um genau zu sein, benötigen Sie die sogenannten Entladekurven der Batterie (Batterien sind überraschenderweise keine linearen Geräte), wie Sie in diesem Datenblatt für eine Blei-Säure-Batterie sehen können :

Hier ist ein vergrößertes Bild der Kurven:

Beachten Sie, wie sich die Betriebszeit mit dem Entladestrom ändert. Bei höheren Entladeströmen hält die Batterie natürlich weniger, aber wenn Sie nachrechnen, werden Sie sehen, dass es kein Proportionalitätsgesetz ist, dh eine Verdoppelung der Entladerate (dh des Entladestroms) verkürzt die Zeit um mehr als die Hälfte.

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Übrigens wird die Energie in der Batterie weder in Amperestunden (Ah) noch in Watt (W) gemessen, sondern die richtige Einheit ist die Wattstunde (Wh), die eine alternative Einheit zum Joule (J) ist ist die Standardeinheit für Energie. Die Umrechnung ist einfach:

$$1 Wh = 1 W \cdot 1h = 1W \cdot (3600 s) = 3600 W \cdot s = 3600 J = 3.6 kJ$$

Die Wattstunde ist eine bequemere Einheit, wenn es um Geräte geht, die lange Zeit betrieben werden und am Ende große Mengen an Energie verbrauchen (nicht unbedingt hohe Leistungspegel ).

Das Watt (W) ist stattdessen die Einheit der Leistung , dh die Umwandlungsrate der Energie.$1W = 1 J/s$Etwas, das 1 W aus einer Quelle zieht, bedeutet, dass das Gerät 1 Joule Energie pro Sekunde umwandelt / überträgt / nutzt, dh für jede Sekunde, in der es arbeitet, wird ein Joule Energie aus der Stromquelle entnommen, an die es angeschlossen ist.

Die Kapazität einer Batterie C ist eine grobe Abschätzung der in der Batterie gespeicherten Energie. Warum die Industrie diese seltsame Einheit eingeführt hat, kann ich nicht sagen, da man die im Akku gespeicherte Energie durchaus in Wattstunden angeben könnte (und das machen die Hersteller oft auf ihren technischen Datenblättern). Ich kann nur vermuten, dass, da eine Batterie eine ungefähr konstante Spannungsquelle ist, Sie (sehr grob) sagen können, dass die Kapazität proportional zu der darin gespeicherten Energie ist, sodass es einfacher ist, über Amperestunden zu sprechen, da Ampere leichter sind gemessen mit üblichen Instrumenten, wie z. B. Digitalmultimetern (die normalerweise die Leistung nicht direkt messen können).

Wenn Sie einen Wechselrichter haben, bedeutet dies im Allgemeinen, dass er Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, also gehe ich davon aus, dass Sie einen Abwärtsregler oder einen Rücklaufregler meinen - dies sind hocheffiziente Energiewandler, und wenn die Lastleistung 10 Watt beträgt, dann die vom Eingang aufgenommene Leistung Konverter ist 10 Watt plus vielleicht 1 oder 2 Watt Verluste.

Wenn also die Eingangsversorgungsschiene 12 Volt beträgt, beträgt der Strom, der vom Wandler gezogen wird, um 10 Watt an die Last zu liefern, 12 Watt / 12 Volt - 1A. Wenn der Wandler 100 % effizient wäre, würde der aufgenommene Strom 0,8333 Ampere betragen.

Wenn die Spannung auf 24 V erhöht wird (unter der Annahme, dass die Verluste 2 Watt betragen und der Konverter 24 V verarbeiten kann), beträgt der Eingangsstrom zum Konverter: -

12 Watt / 24 V = 0,5 Ampere.

Wenn die 24-V-Batterie aus 2 12-V-Batterien in Reihe besteht, macht das keinen Unterschied.