Jak na výpočet spotřeby elektřiny

Cílem tohoto článku je ozřejmit, jak se počítá spotřeba elektřiny a k čemu je dobré vědět, kolik jsme spotřebovali, anebo spotřebujeme elektrické energie. Pro lepší pochopení celé problematiky je vhodné uvést několik definic veličin a pojmů, které zde budou použity.

První z definic se bude týkat toho, co to vlastně je elektrická energie, jejíž spotřebu chceme počítat.

Elektrická energie je schopnost elektromagnetického pole konat elektrickou práci. Ano, je to schopnost elektromagnetického pole, elektrické napětí nebo elektrický proud jsou jen vnějším projevem tohoto pole.

Elektrická zařízení můžeme rozdělit na zdroje elektrické energie (střídavé nebo stejnosměrné) a spotřebiče elektrické energie. Způsobů, jak vyrobit a uchovat elektrickou energii je mnoho (např. různé typy elektráren, elektrocentrály, akumulátory, baterie). U zdrojů elektrické energie se vždy bavíme o jejich výkonu. U spotřebičů elektrické energie je důležitým parametrem jejich příkon, který bývá uveden na výrobním štítku daného zařízení, nebo v příručce uživatele. Základní definice tedy jsou:

Elektrický výkon je elektrická práce vykonaná za jednotku času.

Elektrickou energii je potřeba od zdroje ke spotřebiči nějak dopravit. Bohužel beze ztrát to v našem prostředí a s prozatímní úrovní znalostí v této oblasti neumíme, protože každý vodič klade průchodu elektrického proudu odpor, následkem je úbytek elektrické energie její přeměnou na teplo. Tento úbytek se nazývá v elektrotechnice elektrické ztráty.

Elektrický příkon je elektrická energie včetně ztrát dodávaná do obvodu za jednotku času.Jinak řečeno je to tedy energie, kterou je potřeba dodat do spotřebiče ze zdroje plus ztráty na vedení.

K výpočtu spotřeby elektrické energie je třeba znát jen několik základních údajů. Za prvé příkon daného spotřebiče,  jehož měrnou jednotkou je Watt (W).

Za druhé je potřeba znát dobu, po kterou je spotřebič připojen k elektřině. Při výpočtu spotřeby elektrické energie jednoduše postupujte tak, že se příkon daného spotřebiče vynásobí počtem hodin, po které tento spotřebič odebíral proud ze sítě.

Matematický vzorec tedy je:

E = P . t           kde E je spotřeba el. energie, P je příkon a t je čas

Příklad: Kolik el. energie spotřebuje 100 W žárovka za hodinu provozu?

E = 100 . 1 = 100 Wh (Watthodin) = 0.1 kWh (kilowatthodin)

Poznámka: Pro údaj výkonu a spotřeby el. energie se velmi často používá jednotka 1 kW (1000W) resp. 1 kWh (1000 kWh).

Pokud nás bude zajímat, kolik  bude stát peněz její celodenní provoz při ceně 1 kWh cca 5 CZK, pak

0.1 kWh . 24 hod = 2.4 kWh  je spotřeba za jeden den

2.4 kWh . 5 CZK = 12 CZK, tzn. 360 CZK za měsíc a 4 320 CZK za jeden rok

Spotřebu elektrické energie potřebujeme každý z nás znát z mnoha různých důvodů. Český statistický úřad zná zcela jistě spotřebu el. energie například domácností za každý rok, aby mohl provádět různé statistické výpočty. Dodavatelé a vlastníci zdrojů musí znát celkové roční či dlouhodobé spotřeby elektrické energie , velmi laicky řečeno proto, aby věděli, jestli množství vyráběné el. energie stačí pokrýt požadavky všech odběratelů. Státní orgány odpovědné za oblast energií musí znát nejen spotřebu v jednotlivých letech, ale rovněž trendy vývoje spotřeby energií, jednoduše proto, aby mohli kvalifikovaně plánovat rozvoj zdrojů a rovněž distribuční sítě, která zajišťuje dopravu elektrické energie od zdrojů až k poslednímu spotřebiteli v Horních Dolních. Tato problematika je velmi sofistikovaná a nemůže být předmětem tohoto článku.

Otázkou je, jak se dá zjistit spotřeba jednotlivých domácností dodavateli a odpověď je, že přesně nedá. Respektive technicky by to bylo možné měřením okamžité hodnoty spotřeby, ale bylo by to dost finančně i technologicky náročné a pro potřeby dodavatelů není tento údaj nutný. Každá domácnost má totiž povolený nějaký odběr a ten je daný hodnotou „vstupních“ jističů. U každého projektu musí být tato hodnota schválena příslušným orgánem a odběratel nesmí jističe svévolně měnit. V době minulé to byl docela problém, protože do bytu v panelovém domě byl před elektroměrem jednofázový jistič 16 A, v bytě pak byl jeden 10 A na zásuvky a 6 A na světla. Pokud si uživatel koupil automatickou pračku, jejíž příkon se pohyboval podle typu a výrobce okolo 2300 W a zároveň při praní a ohřevu vody (především topná tělesa potřebují velký příkon) zapnul varnou konvici s příkonem cca 1500 W, pak tzv. vypadl jistič, protože odběr proudu převyšoval hodnotu 10 A. Toto je první praktický příklad, proč je potřeba počítat spotřebu el. energie. Cílem je zjistit, zda požadovaný instalovaný příkon spotřebičů domácnosti nepřevyšuje stanovený instalovaný maximální příkon domácnosti.

Matematicky:

P = U . I

U = P / I

I = P / U          kde

P – výkon, jednotkou podle soustavy SI (zkratka z francouzského Le Système International d’Unités, což je mezinárodně domluvená soustava jednotek fyzikálních veličin) je Watt

U – elektrické napětí, jednotkou je Volt

I –  elektrický proud, jednotkou je Ampér

Pak tedy: Součet příkonu pračky a varné konvice je:

2300 + 1500 = 3800 [W]

napětí v síti je 230 V, z toho podle výše uvedeného vzorcem počítáme potřebný proud:

I = P / U [A]

3800 / 230 = 16,5 [A]     Vypočítaná hodnota je vyšší než 10 A daných jističem.

Výsledek ukazuje, že tento příkon převyšuje možnosti a že oba spotřebiče nelze společně použít.

Výše uvedený příklad není úplně typický, ale snad i laikovi umožní najít možnou příčinu potíží s padajícím jističem.

Tomuto stavu lze předejít jednoduchým výpočtem maximálního příkonu spotřebičů domácnosti. Podle štítků na všech přístrojích, které doma máme, nebo údajů v návodech na použití zaznamenáme požadovaný příkon jednotlivých spotřebičů a tyto jednoduše sečteme.

V následující tabulce je seznam nejpoužívanějších domácích spotřebičů, jejich orientační spotřeba a zajímavý údaj, za jak dlouho spotřebují 1kWh. Z těchto údajů lze snadno spočítat finanční náročnost (při známé ceně el. energie, od jednotlivých dodavatelů se liší).

Tabulka 1.

Ještě snad jeden praktický příklad:

Spočítáme, zda se vyplatí použití úsporné LED žárovky, která vydá stejně světla jako 100 W běžná žárovka. Taková LED žárovka bude mít podle výrobce spotřebu 14 Wh. Za sto hodin (lépe se to počítá) tedy spotřebuje (100 · 14 =) 1400 watthodin neboli 1.4 kilowatthodin elektrické energie, za kterou při ceně např. 4,2 CZK za 1 kWh zaplatíte necelých 6 Kč. Pokud místo ní použijete 100 W žárovku, spotřebujete 10 kWh energie a zaplatíte za ni 42 CZK. Na přibližně čtyřech dnech je tedy rozdíl v ceně 36 korun za spotřebu energie. Dále by se muselo vzít v úvahu, že žárovka většinou nesvítí celodenně celoročně, jinou délku dne svítí v zimě a jinou v létě. Přibližně se lze dostat k výsledku, kdy garantovaný poměr cena/kvalita je u moderních světelných zdrojů výrazně přívětivější a z dlouhodobého hlediska jde nejenom o úsporu peněz, ale i energie.

Snad tento článek odpověděl na dvě základní otázky zadání – jak se počítá spotřeba elektrické energie a druhou –  k čemu je dobré to vědět by se dalo souhrnně  odpovědět, že dobré je to pro maloodběratele, či vlastníka bytu nebo nemovitosti, aby si mohl spočítat kolik a za kolik, aby se mohl kvalifikovaně rozhodnout, jestli bude i nadále používat staré energeticky náročné spotřebiče, nebo investuje do moderních a nebo změní dodavatele – k tomu se dá dále použít ještě tato kalkulačka. Bude mít i argument pro ostatní členy domácnosti, proč je dobré zhasínat v místnostech, kde momentálně nikdo není apod. A snad bude také užitečný pro organizace a státní orgány, zabývající se touto oblastí, je to povinnost z mnoha důvodů, od plánování až po kontrolu.