Verwirrt über die Einheit von Kilowattstunden

Ich bin also ein wenig verwirrt darüber, wie ich mit der Leistungseinheit Kilowattstunden umgehen soll. Ich habe immer nur Kilowatt verwendet und muss eine Brennstoffzelle für einen Haushalt entwerfen, die als Backup-Generator für einen Tag verwendet wird.

Der durchschnittliche Stromverbrauch eines US-Haushalts beträgt 8.900 kWh pro Jahr und 25 kWh pro Tag und ungefähr 1 kWh pro Stunde. Bedeutet das, dass die Leistung meiner Brennstoffzelle 1 kW beträgt und wenn ich sie den ganzen Tag nutzen wollte, müsste sie auf 25 kW ausgelegt werden?

Ein Backup-Generator muss Ihre Spitzenlast bewältigen, nicht Ihre Durchschnittslast. Es sei denn, Sie haben so etwas wie einen sehr großen Akkumulator. 1KW sind ungefähr 8A bei 120 V (obwohl Sie idealerweise Leistungsfaktoren usw. berücksichtigen würden). Summieren Sie einfach die Wattleistung der Geräte, die Sie gleichzeitig mit Strom versorgen möchten, und lassen Sie einen Spielraum für Fehler. Einige Geräte verbrauchen gelegentlich deutlich mehr Strom als ihr Durchschnittsverbrauch (z. B. Laserdrucker). Denken Sie an Wasserkocher etc.
Meine Frage zielte nicht auf Informationen über einen Generator ab. Es ging eher um ein besseres Verständnis einer Kilowattstunde.
das ist keine Physikfrage
Dies ist eine wichtige Frage, gerade weil sie so grundlegend ist, aber so viele (insbesondere die Presse) sie falsch verstehen.
Es ist auch (vielleicht absichtlich) unterspezifiziert. Ein Haus, das in 24 Stunden 24 kWh verbraucht, hat wahrscheinlich nicht immer das Licht an. Du musst raten! Wenn sie nur die Hälfte der Zeit eingeschaltet sind, wären das 2 kW Spitzenleistung, die Sie benötigen. Wenn sie 1 Stunde lang einen elektrischen Trockner betreiben und dann die restliche Zeit das Licht ausschalten, wäre das eine 24-kW-Spitze. @yca, betrachte es als eine Frage der Experimentalphysik.

Antworten (6)

Ein Kilowatt ist eine Einheit der Leistung, die die Dimensionen von Energie über die Zeit hat.

Eine Kilowattstunde hat also Dimensionen von Energie.

Wenn Sie beispielsweise eine Batterie aufladen möchten, um eine 1.000-Watt-Heizung (DC) eine Stunde lang zu betreiben, benötigen Sie eine Kilowattstunde Energie (unter der Annahme der mythischen Welt der perfekt effizienten Batterien, verlustfrei). Drähte usw.)

In Bezug auf SI-Einheiten ist dies

1000 J/s × 3600 s = 3,6 MJ.

Ist meine obige Lösung also richtig? Wenn der durchschnittliche Verbrauch eines Hauses pro Tag 24 kWh beträgt, sollte meine Brennstoffzelle dann als 1-kW-Brennstoffzelle oder als 24-kW-Brennstoffzelle ausgelegt sein?
24 kW (vereinfacht ausgedrückt) bedeutet, dass Sie eine Last von 24 kW bewältigen können. Wie ein Wasserkocher, ein Elektroherd, fünf Mikrowellen und 600 Fuß glühende Weihnachtslichter. Wenn Sie all diese Dinge einen ganzen Tag lang mit Strom versorgen wollten, bräuchten Sie dafür etwa 576 kWh Energie. Jetzt ist es etwas komplizierter, weil wir nicht den Wirkungsgrad berücksichtigen oder wie viele Phasen Ihre Brennstoffzelle hat, ob Sie auf Wechselstrom umstellen oder nicht usw.
Ich denke, ich verstehe, was Sie sagen, es fällt mir nur schwer, es auf das Design einer Brennstoffzelle anzuwenden. Ich versuche, eine Brennstoffzelle so zu dimensionieren, dass sie einen Tag lang konstant laufen kann, was im Wesentlichen 24 kWh beweist, also dachte ich, ich könnte einfach eine 1-kW-Brennstoffzelle entwerfen und sie mit genug Brennstoff und Luft versorgen, damit sie laufen könnte 24 Stunden
Es ist eine Frage der Kapazität. Eine Batterie (oder Brennstoffzelle) hat nur so viel Kapazität, um Elektronen in etwas zu pumpen, um es anzutreiben. Wenn Sie erwarten, etwas länger mit Strom zu versorgen, benötigen Sie unter sonst gleichen Bedingungen eine größere Brennstoffzelle.
Trotzdem danke, ich werde versuchen, das auf andere Weise zu lösen, um eine Lösung zu finden
Das klingt eher nach einer technischen Frage, mit der Sie sich beschäftigen. Physik befasst sich mehr mit den Grundlagen, sodass Sie technische Prinzipien anwenden, um die Leistung zu erzielen, die Sie benötigen. Aus Ihren Kommentaren klang so, als ob Sie mehr Verständnis dafür brauchten, was genau eine kWh ist. Wie auch immer - Viel Glück!

Was RedGrittyBrick in seinem Kommentar gesagt hat, ist richtig, aber Sie müssen es verstehen k W H Ich werde versuchen, ein bisschen mehr zu erklären.

Es gibt zwei Dinge, die Sie berücksichtigen müssen: Die Gesamtenergie in Ihrer Brennstoffzelle (in k W H ) und die maximale Leistung, die es liefern kann (in k W ). Leistung ist die Rate, mit der Energie verbraucht wird . Bei Strom, 1 W ist gleich 1 v T ich M e S 1 A , also entspricht 1kW 220 v bei etwa 4.5 A Und 1 k W H ist die Strommenge, die für 1 Stunde verbraucht wird.

A 1 k W H Batterie liefern kann 1 k W für 1 Stunde bzw 0,5 k W für 2 Stunden usw. Problematisch wird es allerdings, wenn wir versuchen, in kürzerer Zeit mehr Leistung abzugeben. Batterien können nur so viel Strom liefern. Zum Beispiel ein 1 k W H Batterie wird wahrscheinlich nicht liefern können 60 k W für 1 Minute. Es ist möglicherweise nicht in der Lage, den erforderlichen vollen Strom zu liefern, oder bei diesen hohen Strömen ist es möglicherweise nicht in der Lage, ihn für die erwartete Zeit zu liefern.

Wenn Ihre Brennstoffzelle einen Tag durchhalten muss, muss sie natürlich genug Energie speichern, um diese Zeit zu überstehen. Also, wenn Ihr durchschnittlicher Gebrauch ist 1 k W , dann brauchst du eine 24 k W H Brennstoffzelle, um die Distanz zu überwinden. Ihre Nutzung wird jedoch tagsüber nicht konstant sein. Zu bestimmten Zeiten sind die meisten Geräte möglicherweise ausgeschaltet, aber zu anderen Zeiten schalten Sie möglicherweise Heizungen oder Klimaanlagen usw. ein und verbrauchen viel Strom. Auch der Stromverbrauch von Geräten kann stark variieren. Ein Laserdrucker kann verwendet werden 1 k W beim Drucken, sondern nur 10 W im Ruhemodus. Ihre Brennstoffzelle muss in der Lage sein, unter den ungünstigsten Umständen den maximal erforderlichen Strom zu liefern.

Darüber hinaus gilt das Obige nur, wenn Sie Gleichstromgeräte verwenden - und davon ist mir in letzter Zeit nichts aufgefallen ... Wenn Ihre Geräte mit Wechselstrom betrieben werden, müssen Sie auch Dinge wie den "Leistungsfaktor" berücksichtigen .

Sie müssen also viel mehr wissen als nur den Strom- oder Energieverbrauch.

Danke schön. Da sich der Kurs, den ich belege, mit Brennstoffzellen und deren Verwendung und nicht mit Elektronik befasst, wurde mir gesagt, ich solle das Problem nur vereinfachen, weshalb ich andere Faktoren nicht einbeziehe. Ich habe gerade etwas gelesen und da stand "Eine 3-kW-Brennstoffzelle ... ". Ich schätze, das bedeutet, dass es 72 kWh Energie liefert. Wenn ich also 24 kWh liefere, habe ich mich gefragt, ob ich es einfach eine 1-kW-Brennstoffzelle nennen könnte
Eine 3-kW-Brennstoffzelle kann möglicherweise keine 72 kWh liefern, da die darin gespeicherte Gesamtenergiemenge möglicherweise nicht groß genug ist. Sie müssen sich an den Unterschied zwischen Kraft und Energie erinnern. Eine Brennstoffzelle hat für beide Grenzen, und die Beziehung zwischen ihnen ist nicht unbedingt "24 Stunden".
@GregHarrington Um es anders auszudrücken, ein N   k W H Stromquelle liefern kann 1 k W für N Stunden bevor er erschöpft ist. Wenn Sie liefern 24   k W H , muss Ihre Batterie enthalten 24   k W H , unabhängig von der Rate, mit der er diese Energie abgibt.

Eine Kilowattstunde ist eine Energieeinheit.

Das ist die Energie von einem Kilowatt für eine Stunde. Das entspricht der Energie von 2 Kilowatt für eine halbe Stunde, 4 Kilowatt für eine Viertelstunde oder 2 Kilowatt für eine Viertelstunde plus 1 Kilowatt für eine halbe Stunde.

Ein Haus kann an einem Tag 24 kWh verbrauchen. Aber das bedeutet nicht, dass 1 kW Dauerleistung den Bedarf stündlich decken würde. Es bedeutet lediglich, dass 1 kW Dauerleistung die gleiche Energie wie der Haushaltsverbrauch erzeugen würde. Es würde den Bedarf des Hauses nur decken, wenn der Haushaltsbedarf bei 1 kW Leistung vollkommen konstant wäre.

Um den Strombedarf und den Energiebedarf zu decken, benötigen Sie drei Dinge:

  1. genug Kraftstoff, um 24 kWh Energie bereitzustellen
  2. Die Brennstoffzelle muss genügend Spitzenleistung haben, um den Spitzenbedarf des Haushalts zu decken. Dies liegt wahrscheinlich in der Größenordnung von 3-5 kW, es sei denn, es verfügt über eine elektrische Dusche, in diesem Fall könnte der Spitzenbedarf 10-13 kW betragen.
  3. Die Brennstoffzelle muss in der Lage sein, die Anstiegsrate – die Änderungsrate der Leistung – der Nachfrage anzupassen. Für eine elektrische Dusche kann das bedeuten, in wenigen Sekunden von 0 auf 10 kW zu gehen und in der gleichen Zeit wieder herunterzufahren.

Ihre Frage enthält nicht genügend Informationen zu den Punkten 2 und 3, um die Brennstoffzelle zu spezifizieren.

Eine 1-kW-Brennstoffzelle würde, wenn sie 24 Stunden lang ununterbrochen laufen könnte, die gleiche Energie erzeugen wie ein Haushalt, der 24 kWh an einem Tag benötigt - weil der mittlere Strombedarf des Haushalts 1 kW beträgt, die gleiche Leistung wie die Brennstoffzelle. Das Haus wäre also nicht energieautark; aber es wäre eine Art Selbstversorger, solange es seinen Überschuss in Zeiten des Überschusses exportieren und in Zeiten des Defizits zusätzliche Energie importieren könnte. In einem solchen Fall hätte es im Durchschnitt null Nettoimporte (aber es hätte N kWh absolute Importe pro Tag und N kWh absolute Exporte pro Tag, wobei N eine Zahl zwischen 0 und 24 ist).

Die durchschnittliche Ausgangsleistung beträgt etwa 1 kW (das entspricht 1 KW-Stunde pro Stunde). Die Energiekapazität, die für einen Tag Betrieb bei dieser Leistungsstufe benötigt wird, beträgt 25 kW-Stunden.

Wenn ich 25 kWh pro Tag liefern muss, werde ich es einfach vereinfachen und eine 1-kW-Brennstoffzelle konstruieren
Ich glaube nicht, dass es so einfach ist. Sie benötigen genug Kraftstoff für einen Tag (24-mal so viel wie für 1 Stunde). Andere Antworten haben ebenfalls darauf hingewiesen: Die Nennleistung gibt an, wie schnell Sie Energie entnehmen können, ohne die Zelle zu überlasten (denken Sie beispielsweise an die Nennleistung eines Autos), während die Energiekapazität Ihnen die Gesamtmenge an Arbeit angibt, die die Zelle ausführen kann (die Größe des Benzintanks in der Autoanalogie). Wenn Sie über Schläuche verfügen, die Kraftstoff aus externen Reservoirs liefern, ist Ihre Kapazität natürlich unbegrenzt.
Ich komme hier nicht weiter. Ich versuche, eine Parallele zwischen meinen Hausaufgaben zu machen, damit ich den Rest des Projekts erledigen kann. Alle meine Hausaufgaben sagen nur "Eine ___ kW Brennstoffzelle ....". Wenn ich feststellen könnte, wie viel Strom meine Brennstoffzelle liefert, könnte ich den Rest der Hausaufgaben machen, aber das hilft mir nicht weiter
Entschuldigung ... Wenn Sie sich Wikipedia ansehen, werden Brennstoffzellentechnologien tatsächlich nach Leistung (z. B. kW) bewertet, wie Ihre Probleme angeben. Ich schätze, Sie schnallen sich einfach einen ausreichend großen Tank an, um die gesamte Energie zu erhalten, die Sie benötigen. Viel Glück.
Danke für die Hilfe. Ich wollte vorher nicht unhöflich sein. Ich bin nur gestresst, ein Projekt in letzter Minute zu starten. Danke noch einmal!

OK, ich denke, Sie haben Recht, im Kontext und Umfang der Frage sollte die Brennstoffzelle in der Lage sein, 1 kW zu liefern, und das den ganzen Tag.

Bei einer eher praktischen Interpretation wird das Problem unterspezifiziert. Sie müssen die Spitzenlast kennen. Was ist die höchste Leistung, die das Haus benötigt? Es könnte manchmal 5 kW ziehen, vielleicht 20 kW. Deine Brennstoffzelle sollte das können.

Aber die Hausaufgaben haben das nicht erwähnt. Stellen Sie also die Brennstoffzelle so ein, dass sie die ganze Zeit 1 kW liefert. Es wird 24 kWh an einem Tag produzieren.

Ich bin also etwas verwirrt, wie ich mit der Leistungseinheit Kilowattstunden umgehen soll

Kilowattstunden sind keine Leistungseinheit, sondern eine Energieeinheit.

Ich denke, der einfachste Weg, dies zu verdeutlichen, besteht darin, in Bezug auf Energie und Leistung zu denken und zu versuchen, Begriffe wie Kilowattstunden pro Stunde zu vermeiden.

Der durchschnittliche Stromverbrauch eines US-Haushalts beträgt 8.900 kWh pro Jahr und 25 kWh pro Tag und ungefähr 1 kWh pro Stunde. Bedeutet das, dass die Leistung meiner Brennstoffzelle 1 kW beträgt und wenn ich sie den ganzen Tag nutzen wollte, müsste sie auf 25 kW ausgelegt werden?

Antwort 1

Eine Brennstoffzelle mit einer Leistung von 1042 Watt, die einen Tag lang betrieben wird, liefert die von Ihnen genannten 25 kWh Energie. (Angenommen, Sie haben einen Lieferboten für Wasserstoffflaschen, der Sie regelmäßig mit frischen Vorräten besucht)

Es erlaubt Ihnen nicht, einen Wasserkocher zu benutzen.

Möglicherweise können Sie nicht alle Lichter einschalten und fernsehen

Antwort 2

Es kann helfen, wenn Sie alles in SI-Einheiten umrechnen

1 kW sind 1.000 Watt Leistung
1 kWh sind 1.000 Watt für 3.600 Sekunden = 3.600.000 Joule Energie

Ihr Zielhaus verbraucht also 90.000.000 Joule an einem Tag. Wenn die Energieverbrauchsrate konstant ist und sich nie ändert, können Sie diese Energiemenge mit einer konstanten Rate von 1.042 Joule pro Sekunde (auch bekannt als 1.042 Watt oder knapp über 1 kW) liefern.

Ein typischer Wasserkocher zum Kochen von Trinkwasser benötigt über 2 kW Leistung.

Antwort 3

Ich esse 2.500 kKalorien in 24 Stunden. (10.460.000 Joule)

Das sind durchschnittlich 121 Joule pro Sekunde.

Allerdings esse ich nicht jede Sekunde 24 Stunden am Tag ein winziges Stückchen Nahrung. Ich verbringe einen Teil dieser Zeit mit Schlafen und mit Aktivitäten, bei denen ich nicht unbedingt gleichzeitig Blaubeerkuchen in diesem Tempo essen möchte.

Verwirrt über die Einheit von Kilowattstunden
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