Forklara ekvation (Fysik/Grundskola)

Ekvationen beskriver ett samband mellan elektrisk effekt, spänning och ström. Man kan se från ekvationen att effekten dubblas om man dubblar strömmen eller om man dubblar spänningen. För en solcell med ytan av ett A4-papper som är 1/16 kvadratmeter, eller 625 kvadratcentimeter blir effekten för 1000 lux 625*50 = 31.25 milliwatt.

Man kan sätta det i relation till ett knappcellsbatteri av typen CR2032 som är på 220 mAh och en hög men rimlig ström ur ett sånt batteri är ca 1mA (vilket ger den ett livslängd på ca 200 timmar) och det har en spänning på 3V. Effekten som tömmer ett CR2032 på 200 timmar är 3 mW, men din A4-storlek på solcell levererar ungefär 10 gånger den effekten.

Om man skulle leka med tanken på att man matar in strömmen från solcellen i en led-lampa så har led-lampor en effektivitet på knappt 100 lumen/W. Från 31.25 mW får man ungefär 3 lumen, vilket om man koncentrerar det till ytan av ett A4 (lika stort som solcellen vi tänkte oss) så blir ljusflödet 16*3 = 48 Lux. Alltså, 1000 lux -> 31.25 W -> 48 lux.

Då återstår bara frågan vilken av solcellen och led-lampan som "slösar" mest -- vi har förlorat 98% när vi gått från ljus till ljus, men var ligger förlusten? För att veta det måste man ta reda på hur mycket effekt man har i en lumen. Wikipedia beskriver en lumen som att en lumen har minst 1/683 W i det synliga spektrum där ögat är känsligt (grön färg). Det är säkert en brutal överförenkling, men om vi bara tar siffran och använder den så ser vi att för en A4 (som är 1/16 kvadratmeter) så har vi ett flöde av 1000/16 =62.5 lumen, vilket skulle innebära minst 62.5/683 = 91mW. Man ser då att verkningsgraden för solcellen är runt 1/3, vilket är en väldigt bra siffra. Tittar på man effektiviteten för led-lampor så ser man att de är ungefär 1/7 (från 100 lumen per watt och 1/683 Watt per lumen där jag avrundar 683 till 700).

Alltså, att gå från ljus till el till ljus via din fotocell och en led-lampa kan som bäst ge en förlust på 20 gånger (5% verkningsgrad), där man förlorar en faktor 7 för led lampan och en faktor 3 från solcellen.

...även om det inte riktigt var det du frågade efter -- men jag blev nyfiken.

:)

hejjjj

tack så mycket för svaret men jag förstår bara lite för att jag vet inte vad lumen mA mAh

men jag frågande hjälp för lösa den här video

https://www.youtube.com/watch?v=lGTxS4atcbI

alltså jag tänkte på att man kan använda solceller att öppna dörrar men kunde inte den här ekvation, så visste jag inte hur ska jag sätta ekvation

men om det är 800lux belysning och yta för sol cell är 2*2 m och strömförbrukning är 50 MW så hur ska jag sätta ekvation och räcker med yta och belysning för solcell att få dörren att funka?

hejjj

nu förstår jag lite och försökt ekvation

för en 2*2m solcell , för 1000lux

20000cm/2*50=1 watt

men vad är ett watt?

är det såå att om en device funkar med 1watt el kan den device funka med 2*2m solcell eller?

har jag löst rätt?

En watt är pyttelite. Jag är lite osäker hur du räknar, men jag ser 2 gånger 2 meter vilket är 40000 $c m^{2}$ vilket blir 2 watt för 1000 lux. Hursomhelst är det också jättelite. Jag har sett siffror som säger 80W för en typisk dörr. Det kan bli bättre om man använder ett batteri som man laddar upp och sen tar ström från -- då kan man få betydlig högre effekt.

Om du kan säga hur mycket dörren väger, hur stor den är, och hur fort du vill att den ska öppnas -- då kan man faktiskt räkna ut en effekt som behövs för att utföra den rörelsen. Åtminstone kan man få en uppfattning om storleken på siffran.

ahhh...

jag räknat fel jag räknade på 1m*1m nu är det rätt

jag hittat en skjutdörr som förbrukar 75w men denna typen av dörren oftast används i lägenheter skolor typ så är där inte 1000lux belysning då jag tror inte att man kan använda den här typen av dörr även om man användar ett batteri? eller går det?

andra typer av dörrar som hittat på är typ 400W / 30 W i viloläge som är karuselldörr, så tror jag inte att det går .

jag försöker komma på andra lösningar

men tack så mycket för du försökt och förklarat jätte mycket

hejjj igen

om jag ska lädda nån apparat med solcell alltså som Tex telephone, dator en som funkar med batteri som kan läddas efter batterien urladdat , så är det samma ekvation som jag användar eller finns det nån annat sätt?-ska man räkna watt per hour?

försök förklara i steg om du kan så förstår jag mer

kan du förklara också om hur han räknar

https://www.youtube.com/watch?v=JzxOc7OKnEs

Jag tror att han räknar såhär.

Det första bilden med siffror säger att batteriet är 12 Volt, den har 4*1.8 Ah (Amperetimmar) laddning, när man använder det i en infusionspump så räcker batteriet 9 timmar vilket innebär att det förbrukar en effekt av 9.6 W (det står fel när det står Wh i videon). För att få en känsla för vad allt det där är kan man tänka såhär:

Spänning är hur "hårt", eller med vilken kraft, batteriet kan trycka ström genom genom den belastning (t.ex en infusionspump) man kopplar in. Om man tänker att elektricitet är som vatten så är spänning motsvarande tryck i vattenslangen -- ett mått på hur mycket man måste klämma åt slangen eller hålla för fingret för att stoppa vattnet.
Ström är flödet av elektroner som passerar genom en ledning, att jämföra med hur hur mycket vatten som passerar slangen om det handlar om vatten. Alltså inte totala mängden (liter) utan hur mycket per tidsenhet (liter per minut).
Laddning, som man mäter i Amperetimmar (Ah) är den totala mängden ström som gått genom ledningen, och om man jämför med vatten så är det totala mängden vatten som passerat (som man skullle mäta i liter).
Energi är en mängd arbete. I den elektriska kretsen svarar det mot en spänning gånger en laddning, och om det var vatten så skulle det svara mot att man släpper ut en mängd vatten från en högre höjd. Det kostar arbetet att lyfta upp vattnet till den höjden, och sen släpper man ner det och förbrukar den energin.
Effekt är Energi per tidsenhet, och för ström beräknas det som spänning gånger ström. Tänk på att ström för håller sig till laddning som effekt förhåller sig till energi -- det är en skillnad i om man har en tid med eller inte.

Om man sammanfattar det han räknar så är det

Laddning: 4*1.8 Ah

Spänning: 12V

Tid: 9 h

Effekt: Laddning * Spänning / tid = 4 * 1.8 * 12 / 9 = 9.6W

Därifrån är det egentligen enkelt att se att om du kan bidra med någon liten effekt, t.ex 1W, så minskar det energin man måste ta från batteriet med ca 10% och så räcker batteriet 10% längre. Att räkna mer noggrant är rätt krångligt tyvärr.

Den andra sidan av siffror är lite rörig, men tänk såhär: Om man vill hjälpa till med 10% av effekten om 10 W (9.6, men avrundat lite) så är det 1 W. Han skriver 1 W som 1000000 eftersom det är mikroWatt som anges för effekten på solcellen (en miljon mikrowatt), och räknar med 50 mikroWatt per kvadratcentimeter för att få ytan 20 000 (men han råkar få en nolla för mycket, så det står 20 0000). Tredje raden räknar om kvadratcentimeter till kvadratmeter.

Jag förstår att du vill ha en enkel formel att räkna med, men när man lägger till en effektkälla på det här sättet så blir det lite krångligt, och om det är ett litet bidrag så kan man räkna som han gör i videon (en procent av effekten ger samma procent på tiden), men annars är det, med effekten P från solcellen, energin W i batteriet, och tiden t som batteriet räcker utan solcellen inkopplad så att skillnaden i tid blir

$\frac{P t}{\frac{W}{t} - P}$

för alla P mindre än W/t. Man kan förstå det som att när effekten från solcellen blir lika stor som det som förbrukas från batteriet (utan solcell), så räcker batteriet oändligt länge -- eftersom det inte används.

Annars är det så enkelt som att du kan räkna ut effekten du får från solcellen, dividera den med spänningen på batteriet, multiplicera med en tid, och då har du hur stor laddning du fyllt batteriet med. Den kan du sen använda till att driva någon maskin.

I praktiken är det mycket som måste stämma i övrigt, och jag är osäker på om man verkligen når upp till 1000 lux inomhus annat än i väldigt ljusa rum.

Lessen att det blir lite mycket ord och annat krångligt, men i princip är det här enkelt -- och enklare blir det om du får en känsla för ström, spänning, effekt och energi.

Om du t.ex vill samla på dig energi i ett batteri och använda det för att öppna en dörr så kan du tänka att om du kan generera 1W, men dörren behöver 100W så kan det fungera om dörren bara jobbar 1% av tiden. Det är teoretiska siffror, så det är det bästa resultatet du kan få.

hejjjj

jag läsar din svaret nu men förstår jag inte en sak , om en infusion pump förbrukar 9,6 w och räcker till 9 timme ,betyder det

att det förbrukar 9,6 w varje timme alltså i hela 9 timme bli 9,6w*9

eller

i hela 9 timme förbrukar 9,6 w alltså i en timme förbrukar 9,6w/9

Jag tror att du har rätt, men jag kan vara jättetydlig:

Den förbrukar 9.6W hela tiden. Varje timme och varje sekund och hela tiden fram till batteriet tar slut. Det är som att säga att man kör med bilen i 90 km/h. På 9 timmar kommer man då 9*90 = 810 km (ganska långt) och pumpen förbrukar 9.6*9 = 86.4 Wh. Watt är liksom hur fort energin töms ut batteriet (eller hur fort bilen kör), Watt-timmar (Wh) är hur mycket energi den gör av med totalt (eller hur långt man kommer när man kör så fort så länge).

att det förbrukar 9,6 w varje timme alltså i hela 9 timme bli 9,6w*9

Man behöver inte säga "varje timme", det vore som att säga att man åker med farten 90 km/h varje timme eller minut eller sekund. 9.6 W är en effekt, 9.6*9 Wh är en energi.

i hela 9 timme förbrukar 9,6 w alltså i en timme förbrukar 9,6w/9

Det där är lite mer fel: 9.6W är en förbrukning som är samma oavsett vilken tid du tittar på. Det spelar ingen roll om du tittar på en sekund, en timme eller hela 9 timmar -- effekten är samma överallt. Tänk på det som åka bil där man åker en hastighet som är ett antal km/h, eller att du häller ut vatten med en fart som är några liter/minut. Det är samma oavsett vilken tid du tittar på. Om du vill kolla hur långt man åkt (km) eller hur mycket vatten som gått åt (liter), då spelar tiden roll. Man kan beräkna en hastighet genom att titta på en tid och se hur långt man åkt, men siffran blir densamma. Om man åker 90 km på 1 timme eller 180 km på två timmar, så är båda en hastighet av 90 km/h, och förbrukningen för infusionspumpen är alltid 9.6W. På en halvtimme förbrukar den 4.8 Wh, på en timme förbrukar den 9.6Wh och på två timmar 19.2Wh och så vidare, men effekten är alltid 9.6 W.

nu förstår jag

I princip betyder det att det inte funkar, liksom rent teoretiskt inte funkar. Sen är det kanske så att dörren kan dra upp till 50W, så det är vad man dimensionerar strömförbrukning och säkringar för, men i praktiken behövs det mycket mindre. Kanske funkar den men går långsamt och känns jättetrött. Kanske vägrar den funka för att den känner att strömmen inte räcker till. Det beror alldeles på hur dörren är konstruerad. Jag är helt säker på att om man ska göra det här i praktiken (har du tänkt göra det?) så kopplar man in ett batteri som laddas av solcellen, och sen tar man effekten från batteriet. Även om din solcell bara levererar 45W, så kan man samla ihop den energin och använda den under en kortare tid. Säg att du levererar 45W under 10 timmar, då kan man under en kort tid plocka ut en mycket högre effekt från batteriet. Hur hög effekt beror på under hur lång tid och hur ofta. Den effekt man kan plocka ut från batteriet beror alldeles på batteriet (inte solcellen), så om dörren till exempel bara rör sig sammanlagt 5 minuter varje timme så kan man plocka ut (teoretiskt) 12 gånger högre effekt -- det går 12 5-minutare på en timme. Man kan också räkna ut hur mycket effekt som krävs för att röra dörren om man vet hur stor den är (hur mycket den ska röra sig), hur tung den är, och hur snabbt den ska öppna sig. Det blir lite ungefärliga siffror, men de är ungefär rätt.

tackhemsk mycket..........

men nu har jag försökt räkna en enkel sak alltså lädda headphone med den solar cell

är det rätt?

en head phone batteri förbrukar 850mAh och har spänning 3,7 V och räcker till 20 timme

så

0.850Ah* 3,7= 3,145W

3,145W/20= 0,1572.... W/h

0,1572.... avrundar jag till 0,2W

alltså

500lux=25uW/cm2

2000/25 = 80cm2

alltså med 9cm*9cm solar cell 10% ökad batteri tid( är det 100%okad batteri tid , jag förvirrad)?

går det eller är det helt fel?

Du ser att det finns en "timme" redan i "850mAh", så här du multiplicerar 0.85mAh med 3.7V så är det en energi, dvs

0.850mAh*3.7V = 3.145Wh (lägg märke till att det är en inte en effekt som du skrivit det)

När du dividerar den energin med tiden det tar att köra slut på batteriet så får du en medel-effekt

3.145Wh / 20h = 0.1572 W (det där är en effekt -- om man får något som är W/h så har man nästan säkert gjort fel). Så långt är siffrorna rätt, men enheterna lite fel. Ingen fara.

Nu kan man lätt jämföra saker.

De hörlurar (headphones) du tittar på förbrukar 0.1572 W. Om du vill veta hur stor en solcell behöver vara för att ge den effekten vid ett ljusflöde av 500 lux så är det 0.1572W / (25 uW/cm2) = 0.1572W / (25 uW/cm2) = 0.6288 m2. Då räcker det för att driva hörlurarna direkt. Om du vill ladda dom med den solcellen så tar det 20 timmar, eftersom effekten är samma så är tiden samma, eller troligen lite mer eftersom man alltid har en del effektförluster. Om du vill ha en solcell som ger 10% av effekten så är det en tiondel av ytan du behöver, eller 0.06288 m2. Det gör att du får ungefär 10% längre drifttid på batteriet. 0.06288 m2 är ungefär 25x25 cm kvadrat.

Så, för att svara på frågan -- om du vill ha 10% ökad batteritid så behöver du 25x25 cm, om du vill driva lurarna helt med solceller så är det ca 80x80 cm kvadrat du behöver.

Du får 10% ökad batteritid om du skapar ca 10% av effekten med din solcell (0.06288 m2), ungefär 25cm x 25cm. och du får hela effekten (behöver inget batteri, eller kan ladda batteriet på 20 timmar) om du har en solcell som är 0.6288 m2, ca 80cm x 80 cm.

Som jag sa tidigare, det blir en lite krånglig formel för hur mycket man förlänger batteritiden. Det har att göra med att om man får hjälp med 10% av effekten från solcell så ökar batteritiden med ungefär 10% (egentligen lite mer), men som du säkert inser, om man har solceller som hjälper med hela effekten så förbrukas ju inte batteriet alls, så då kan det inte bli 40 timmar, utan det tar aldrig slut på batteriet eftersom man bara använder ström från solcellen.

Det som krånglar till sig lite som du har räknat är att du i sista raden säger 2000/25 -- jag vet inte vad 2000 är, men troligen har du tänkt att 0.2W är 2000 uW (microwatt), men i själva verket är det 200000/25 du borde räkna, och då blir det 100 gånger mer, vilket gör att du behöver 90cm*90cm solcell, och då ersätter den hela batteriet, dvs det är inte inte 10% längre, utan man kan ladda batteriet på 20 timmar eller ersätta det helt.

nu förstår jag vad du menar .... tacksååååååååå mycket

som jag förstår

så

watt förbrukar /( lux/ cm2)= hur mycket yta solceller´n behöver ha föratt driva helt

Ja, det stämmer.

Men, kom ihåg att en Ah (amperetimme) betyder inte "per timme" utan "i en timme".

vänta här

= 0.1572W / (25 uW/cm2) = 0.6288 m2.

omvändlade du 25 uW / cm2 till W/m2?

Ja, lessen om det gick lite snabbt där. Man kan faktiskt använda Google för att göra sånt där, hen är ganska bra på att hantera entheter, och gör som regel rätt. När man gör uW (mikroWatt) så är det en faktor en miljon, och kvadratcentimeter till meter är en faktor hundra tusen, så netto blir det en faktor 1/10, dvs 25 uW/cm2 är 2.5W/m2. Tänk på det som W/cm2 = 1000000uW/100000cm2 = 10uW/cm2.

HEJJJJ IGEN

det funkar bra med google att räkna .... och nu förstår jag hela förmeln men vet du nåt apparat som kräver mycket mindre watt?

jag letat i hela intenet men alla kräver mer än 50W sånt om jag vill driva med den där solar cell så kräver det nästan 100m2 solarcell eller om jag vill öka batteri tid då kraver nästan 10m2 solar cell för en apparat med mycket mindre storlek

så vet du nåt som kräver mindre?

hejj PeBo

kan du rätta den?

en Ipod gen 5 har batteri som är 300mAh och 3,7 V och räcker ca 24 timme

0.30Ah*3.7V= 1.11Wh

1,11/24= 0.046W

0.046W/(25uW/cm2)= 0.18m2= 1800cm2=42*42cm solcell kan driva helt

Det ser rätt ut. Jag har inte tittat på om det fungerar med spänningen som solcellen ger och om det behövs någon spänningsomvandling, och du bör tänka på att du har avrundat så att du får 42cm, men har man med alla siffror med full noggrannhet så blir det 43 cm. Det är dock gott om andra osäkra siffror, så jag tycker inte att det är ett stort problem.

Tack så mycket att du har svarat

Men undrar om man kan driva Ladda ipod I samma tid som laddas vid EL?

Solcell är mycket stor for bära på.... Så battre att bara laddas med den?

Eller tar det 25timme? Att ladda om det 25timme finns det nåt sätt att minska?

Ja, allt det som sagts hittills handlar om att energin som behövs för att ladda batteriet är samma som man kan få ut när man använder batteriet. Om du laddar med samma effekt som när du använder batteriet så blir tiden densamma, men om du laddar med dubbel effekt så får kan du ladda på halva tiden. Om du laddar med 5 gånger effekten så kan du ladda på en femtedel av tiden, och så vidare. Det som hela tiden är samma är energin som batteriet kan innehålla, vilket är 0.3mAh vid 3.7V, dvs 1.11Wh.

Jag håller med om att det verkar lite klumpigt att bära runt på en så stor solcell.

Jag förstår inte riktigt varför du tänker att det tar 25 timmar. Det tar inte 25 timmar, utan 24 timmar. Att ta ut 1.11 Wh ur batteriet under 24h tar 1.11/24 Wh/h = 0.046W. Det betyder att om man stoppar in 0.046W i batteriet vid laddning så tar det 24h att få ihop 1.11 Wh (0.046W * 24h). Det är enklare än du tror.

Det här är ju mest en övning i att räkna på ström, spänning, energi och effekt (och en ganska kul sån), men om man ska göra det här i praktiken så behöver man också ha koll på saker som inte är "ideala", dvs sånt som inte på ett enkelt sätt följer de grundläggande formlerna P=U*I och W=P*t. I praktiken har man alltid en del energiförluster när man laddar ett batteri, så någon del av effekten man stoppar in i batteriet vid laddning kommer att försvinna som förluster. Man kan känna det på att batteriet blir varmt när man laddar det. Jag vet inte om du behöver ha koll på den biten; jag har faktiskt letat lite efter uppgifter men har haft ganska svårt att hitta några uppgifter om förluster vid laddning av batterier. Generellt sett blir förlusterna mindre om man laddar långsamt, men jag har ingen aning om det är 0.1% eller 10% det handlar om. Jag har sett uppgifter om 20-30% förluster, men jag tror att det främst är när man laddar relativt snabbt.

Tack så mycket

Sa det tar 24timme att ladda och 24 timme att användaavid den Laddning (om man inte tanker på energiforlust) ?

Ja

Sa det nästan ingen fördel med inomhus sol cell!

Det bara dyr och tar plats och laddar så långsamt :(

Ja, jag tror du har rätt, men har du tänkt på alla de saker man har som inte laddas så ofta, eller ännu bättre man inte byter batteri på så ofta?

Elektrisk tandborste (gränsfall om den funkar)
Brandvarnare
Termometer (ute/inne)
Hushållsvåg
Fjärrkontroll (typ till TV och sånt)
Trådlös ringklocka till dörren (den där knappen på utsidan som man måste byta batteri i ibland).

Den sortens grejjer.

jag räknat på tandborste och fjärrkontroll efter som dem förbrukar ca 1w och räcker för respective 1 timme och 40 timme ( beroende på vilken modell) kräver fortfarande större yta för solarcell än vad själva tandborstens och fjärrkontrollens yta. så går dem att bara ladda och går inte driva helt med solarcell ...

då är det onyttig efter som att ladda med solarcell tar ofta mer tid än med el från uttag. - annars kräver så stor yta eller belysning -som är omöjligt

jag letar efter dem andra, bli bra om jag hittar info. men iaf tror inte att det skulle gå med den onyttiga inom hus solceller

men tack sååååååååååå mycket för dig.......även om jag inte löst uppgiften förstår jag nästan hela formeln , med din hjälp.....