توان الکتریکی چه مفهومی دارد؟

 
به بیانی ساده توان الکتریکی آهنگ مصرف یا تولید انرژی الکتریکی نسبت به زمان را توصیف می کند. مثلا یک مصرف کننده الکتریکی توان بالا، انرژی بیشتری نسبت به مصرف کننده توان پایین، در یک تایم مشخص مصرف می کند. یکای توان الکتریکی توان، وات یا یک ژول بر ثانیه است. توان الکتریکی شکلی از انرژی با آنتروپی کم را فراهم می‌کند که می تواند در فواصل طولانی منتقل شود و به اشکال انرژی با راندمان بالا مانند حرکت، نور یا گرما تبدیل شود. توان الکتریکی معیاری برای انتقال انرژی در طول زمان است و انرژی نیز بسیار گران است.

توان الکتریکی چیست؟

توان الکتریکی به طور کلی نرخ انتقال انرژی الکتریکی در یک مدار الکتریکی در واحد زمان است. در سیستم SI، واحد اندازه گیری توان الکتریکی ژول بر ثانیه (J/S) است که به افتخار مخترع آن «وات» نامیده شده است. این توان الکتریکی عموماً توسط دستگاه های ژنراتور الکتریکی تولید می شود. هم چنین منابع کوچکتر مانند باتری ها نیز می توانند آن را تولید کنند. توات تولید شده در نیروگاه ها از طریق شبکه های توزیع برای راه اندازی دستگاه های الکتریکی در منازل و صنایع مختلف ارسال می شود. به بیان دیگر توان الکتریکی مثل توان مکانیکی نرخ انجام کار را تعیین می کند.

انواع توان الکتریکی کدامند؟

انواع توان الکتریکی شامل توان فعال، توان راکتیو و توان ظاهری است که در ادامه به توضیح هر یک می پردازیم.

توان اکتیو

توان مورد استفاده برای انجام کار (تبدیل به انرژی حرارتی، انرژی جنبشی و غیره) در مدار AC یا DC، توان اکتیو نامیده می شود. توان حقیقی، مفید یا توان اکتیو با نماد P نشان داده می شود و واحد آن وات کیلووات و مگاوات است. در مدارهای DC، حاصل ضرب ولتاژ و جریان نشان دهنده توان مصرفی است. در تبدیل انرژی الکتریکی به اشکال دیگر انرژی مانند گرما، نور یا حرکت نقش دارد. توان در واحد وات (W) یا کیلووات (کیلووات) اندازه گیری می شود.این توان برای محاسبه قدرت بارها و مصرف انرژی الکتریکی کاربرد دارد.

توان راکتیو

در یک مدار AC، متغیر توان دیگری را می توان تعریف کرد که زمانی وجود دارد که بین ولتاژ و جریان در مدار اختلاف فاز وجود داشته باشد. این توان، توان راکتیو (Reactive Power) یا توان موهومی نامیده می شود. در واقع توان راکتیو توانی است که بین منبع و بار در مدار به رفت و برگشت می رود و با علامت Q نشان داده می شود. توان راکتیو همچنین به توان مصرف شده توسط بارهایی مانند موتورها، ترانسفورماتورها و دستگاه های الکترونیکی مانند تنظیم کننده های ولتاژ و دستگاه های UPS اشاره دارد.

توان ظاهری

توان ظاهری مجموع توان اکتیو و توان راکتیو است و کل توان دریافتی واقعی بار را نشان می دهد. توان ظاهری با واحد ولت-آمپر (VA) اندازه‌گیری می‌شود. این توان معمولاً در سیستم های الکتریکی اهمیت چندانی ندارد و اغلب برای اندازه گیری بارها و سیستم ها استفاده می شود. توان ظاهری نشان دهنده ظرفیت تجهیزات و و توان صافی مصرفی سیستم است.

توان الکتریکی در جریان مستقیم

در مدارهای DC مانند پنل های خورشیدی و باتری ها، از آنجایی که منحنی ولتاژ-جریان نسبت به زمان ثابت است، انرژی الکتریکی از حاصل ضرب ولتاژ و جریان به دست می آید. مثلا یک پنل خورشیدی را در نظر بگیرید که در لحظه در حال تولید 10 آمپر جریان با ولتاژ 30 ولت است. از حاصل ضرب این دو مقدار 300 وات بدست می آید. این شکل نشان می دهد که پنل خورشیدی 300 وات ساعت انرژی در ساعت تولید می کند. در دیتاشیت تمام پنل های خورشیدی، مقادیر وات، ولتاژ و جریان را در جدول جداگانه‌ای به نام NOTC یا NTC فهرست می‌کنند که به واقعیت نزدیک‌تر است. همچنین ممکن است یک پنل در آب و هوای ابری، چیزی بیش از 50 درصد افت داشته باشد که در طراحی یک نیروگاه خورشیدی باید به آن توجه کرد.

توان الکتریکی در اینورتر خورشیدی

اینورتر می تواند شکل موج ولتاژ را تغییر دهد و ولتاژ پنل خورشیدی را با پمپ AC تنظیم کند. در تئوری، اینورتر توان را تغییر نمی دهد و توان ورودی برابر با خروجی است. ولی در عمل مقداری تلفات توان وجود دارد و ممکن است چیزی در حدود پنج تا ده درصد توان در اینورتر تلف شود. توان ورودی اینورتر از حاصل ضرب ولتاژ و جریان به دست می آید و ورودی می تواند مستقیماً به پنل خورشیدی یا باتری ها متصل شود. ورودی اینورتر به دلیل پایین بودن ولتاژ جریان بالایی دارد و خروجی با افزایش ولتاژ جریان به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

توان الکتریکی در جریان متناوب AC

در جریان متناوب AC، مقادیر ولتاژ و جریان به طور متناوب تغییر می کنند. هر دو شکل موج سینوسی هستند و شکل موج سینوسی متوسط ​​صفر است. اما حاصلضرب متوسط ​​ولتاژ AC صفر نیست و برابر است با حاصلضرب ولتاژ موثر در جریان موثر. به عنوان مثال، در برق شهر، که یک موج سینوسی با حداکثر ولتاژ 310 ولت است ، مقدار مؤثر ولتاژ 220 ولت است و قدرت بر اساس ولتاژ مؤثر محاسبه می شود.  رابطه توان متوسط به صورت زیر می باشد:

جمع بندی

توان الکتریکی، یکی از مفاهیم کاربردی در صنعت برق است که در سیستم های قدرت و شبکه های برق مورد استفاده قرار می گیرد. به عبارت ساده، انرژی الکتریکی مورد استفاده در یک دستگاه الکتریکی، توان الکتریکی نامیده می شود. اما در یک تعریف علمی تر، سرعت انتقال انرژی الکتریکی از طریق مدار الکتریکی در واحد زمان را توان الکتریکی می گویند. واحد شمارش توان وات می باشد که در مقیاس های بزرگتر از کیلو وات و مگاوات استفاده می گردد. به عنوان مثال یک الکتروموتور صنعتی دارای توان مصرفی متوسط ​​60 کیلووات است.

در این مقاله به تحلیل توان نیروگاه خورشیدی و پنل خورشیدی پرداخته شد. برای اطلاعات بیشتر در مورد نیروگاه خورشیدی می توانید به مجله آموزشی تک اینورتر مراجعه کنید.