Begriffe zur Elektrizität: W, Wh, A, Ah, mAh, V

Es ist nicht leicht, sich zwischen Watt, Ampere, Volt, Milliamperestunden oder Wattstunden zurechtzufinden, die in allen Datenblättern der elektronischen Geräte, die uns täglich umgeben, verwendet werden. Wir werden versuchen, mit diesem Artikel und einigen praktischen Beispielen gemeinsam mehr Klarheit zu schaffen.

Wie bestimmt man die elektrische Leistung?

Elektrischer Strom ist unsichtbar, und doch können wir seine Auswirkungen jeden Tag gut beobachten. Um zu versuchen, sich das Ganze intuitiver vorzustellen, nehmen wir als Beispiel eine Wasserzisterne, die man zum Auffangen von Regenwasser und zum Bewässern des Gartens benutzt. Der Gartenschlauch wird unten an der Zisterne angeschlossen, da die Höhe des Wassers in der Zisterne den zum Bewässern notwendigen Druck erzeugt. Wenn die Wasserhöhe in der Zisterne abnimmt, verringert sich auch die Durchflussmenge am Ausgang des Gartenschlauchs. Um den Wasserdurchfluss zu erhöhen, kann man den Auslassdurchmesser verkleinern, um den Druck zu erhöhen: Das haben wir alle als Kinder gemacht, als wir mit dem Gartenschlauch gespielt haben! Dies sind die gleichen Regeln, die auch für elektrischen Strom gelten.

Fassen wir zusammen: Der Wasserdruck am Auslass hängt von der Höhe des Wassers im Tank und dem Durchmesser des Rohrs ab.

In der Elektrizität ist das Prinzip das gleiche:
Leistung (Wasserdruck) = Spannung (Wasserhöhe) x Stromstärke (Rohrdurchmesser).

Hier ist die Formel zur Berechnung einer elektrischen Leistung :
Leistung (P) = Spannung (U) x Stromstärke (I) oder P = U x I
Die Leistung wird in Watt (W) ausgedrückt.
Die Spannung in Volt (V).
Die Stromstärke in Ampere (A)
Dies ergibt: Watt = Volt x Ampere (W = V x A)

Ausgehend von dieser Formel kann man auch berechnen :
Spannung in Volt = Watt / Ampere (V = W / A)
Stromstärke in Ampere = Watt / Volt (A = W / V)

Beispiel für die Berechnung der elektrischen Leistung

SunMoove Solar-Ladegerät:
Leistung: 3,2 A x 5 V = 16 W
Spannung: 16 W / 3.2 A = 5 V
Stromstärke: 16 W / 5 V = 3,2 A

Ladegerät für Laptops:
Leistung: 2,37 A x 19 V = 45 W
Spannung: 45 W / 2,37 A = 19 V
Stromstärke: 45 W / 19 V = 2,37 A

Wasserpumpe:
Leistung: 5,45 A x 220 V = 1200 W
Spannung: 1200 W / 5,45 A = 220 V
Stromstärke: 1200 W / 220 V = 5,45 A

Achtung: Verwende bei diesen Berechnungen immer die gleichen Größeneinheiten. Die Amperestärke (Stromstärke) für kleine elektronische Geräte wird oft in mA (Milliampere) angegeben, das ist aus Marketingsicht beeindruckender! Sie müssen also die richtige Einheit wieder einsetzen: 1000 mA = 1A, bevor sie ihre Berechnungen durchführen. Einheiten wie mV oder mW werden bei Geräten für den Massenmarkt so gut wie nie verwendet.

Beachte: Im Allgemeinen ist die Spannung (V) zum Betreiben eines elektronischen Geräts nicht variiert: 5 V, 12 V, 19 V, 220 V usw. Die Macht (W) variiert mit der Stromstärke (A). Beispielsweise können Sie Ladegeräte mit 45 W oder 65 W und der gleichen Spannung von 19 V finden, um einen Laptop mit Strom zu versorgen:
2,37 A x 19 V = Ladegerät 45 W
3,42 A x 19 V = Ladegerät 65 W
Dasselbe gilt für USB-Ladegeräte (5 V) für Smartphones / Tablets :
1 A x 5 V = 5-W-Ladegerät
2 A x 5 V = 10-W-Ladegerät
4 A x 5 V = 20-W-Ladegerät

Wie wird die Menge der verfügbaren Energie bestimmt?

Diese Frage stellt sich, wenn man die Laufzeit eines Geräts im Akkubetrieb oder die Zeit, die zum Aufladen eines Akkus benötigt wird, bestimmen will. Um diese Berechnung durchzuführen, müssen wir den Zeitfaktor in die Formeln einfließen lassen und hier werden wir die Kapazität in Amperestunden (Ah) und die Menge der gespeicherten Energie in Wattstunden (Wh) verwenden.

Hier ist die Formel: Wh = V x Ah
Daraus kann man ableiten: Ah = Wh / V und V = Wh / Ah und auch h = Wh / W

Beispiele

Mit einer Autobatterie von 12 V x 60 Ah = 720 Wh

Angenommen, Sie vergessen, die Scheinwerfer auszuschalten, die 50 W verbrauchen.
Wie lange dauert es, den Akku zu leeren, wenn er voll ist?
720 Wh / 50 W = 14,4 h oder 14 h 24 min (bei 0,4 h x 60 min = 24 min)

Mit einer AA/LR6-Batterie mit 1,2 V x 2 Ah (2.000 mAh) = 2,4 Wh

Ihre Kamera wird mit 2 AA-Batterien betrieben. Sie haben eine Reserve von 2 x 2,4 Wh = 4,8 Wh.
Wenn Ihr Gerät in 2 Stunden leer war, bedeutet das, dass es in diesen 2 Stunden eine Leistung von durchschnittlich 4,8 Wh / 2 h = 2,4 W verbraucht hat.

Mit einem externen 10.000-mAh-Akku

Der Marketingstandard zum Ausdruck der Kapazität von Akkus für tragbare Geräte (Powerbank, Smartphone- oder Tablet-Akkus) wird üblicherweise in mAh angegeben, was keine gute Darstellung der tatsächlich gespeicherten Energie ist, die sich in Wh bestimmen lässt.

Denn nehmen wir eine externe Batterie mit 10 000 mAh, wie viel Energie wird gespeichert?
Nehmen wir noch einmal die Formel: Wh = V x Ah
Uns fehlt die Batteriespannung (V), die wir dem Etikett oder dem Datenblatt der Batterie entnehmen müssen. In der Regel beträgt die Spannung 3,7 V für kleine Batterien.
Dann muss man mAh in Ah umrechnen: 10 000 mAh = 10 Ah.
Wir haben nun alle Daten, um die gespeicherte Energie zu berechnen :
3,7 V x 10 Ah = 37 Wh

Kleine externe Akkus verwenden 3,7-V-Zellen, größere 7,4-V-Zellen und PC-Akkus verwenden oft 14,8-V-Zellen. Wenn wir also nur eine Kapazität von 10.000 mAh angeben, können wir je nach Batteriespannung große Unterschiede bei der Energiereserve haben :
3,7 V x 10 Ah = 37 Wh
7,4 V x 10 Ah = 74 Wh
14,8 V x 10 Ah = 148 Wh

Dasselbe Prinzip finden Sie auch bei Akkus für Elektrofahrräder:
36 V x 10 Ah = 360 Wh
48V x 10 Ah = 480 Wh

Wie berechnet man die Ladezeit einer Batterie?

Nehmen wir als Beispiel die Ladezeit einer externen 10 000-mAh-Batterie mit einem 16-W-Solarladegerät. Wir haben gesehen, dass eine kleine externe Batterie mit 10 000 mAh tatsächlich 37 Wh speichert. Wenden wir die Formel h = Wh / W mit 37 Wh / 16 W = 2,31 h oder 2 Stunden 19 Minuten an … in der Theorie.

Der Ladestrom ist bei den meisten Geräten tatsächlich begrenzt. Nehmen wir an, dass Ihr Smartphone 2 A bei maximal 5 V zum Aufladen akzeptiert, also 2 A x 5 V = 10 W. Selbst wenn das Ladegerät also bis zu 16 W liefern kann, werden nur 10 W aufgenommen. Die Ladezeit ist in Wirklichkeit länger: 37 Wh / 10W = 3,7 h oder 3 h 42 min.

Führen wir dieses Beispiel weiter, wenn es bewölkt ist und das Solarladegerät nur 5 W liefert, ist die Ladezeit natürlich viel länger: 37 Wh / 5 W = 7,4 h oder 7 Stunden und 24 Minuten.

Wenn wir das Beispiel des Elektrofahrrads wieder aufgreifen, benötigen Sie mit einem 150-W-Ladegerät mindestens 3 Stunden, um einen 450-Wh-Akku aufzuladen ( 450 Wh / 150 W = 3 h).

Wie berechnet man die Anzahl der Aufladungen für sein Smartphone mit einer externen Batterie?

Nehmen wir ein Smartphone mit einem 2000-mAh-Akku. Wir haben zuvor gesehen, dass die in der Batterie gespeicherte Energie tatsächlich 3,7 V x 2 Ah = 7,4 Wh betragen wird. Wenn der externe Akku 37 Wh speichern kann, dann haben Sie theoretisch 37 Wh / 7,4 Wh = 5 Aufladungen zur Verfügung.

Verluste

Die Ergebnisse all dieser Berechnungen müssen in der Realität geringer ausfallen. Das liegt daran, dass jede Energieübertragung in einem Stromkreis zu Verlusten (in Form von Wärme) führt und sich die Kapazität der Batterien mit der Zeit verschlechtert. Es ist ziemlich schwierig, diese Verluste genau zu schätzen, aber man kann eine Sicherheitsspanne meist zwischen 10 und 20 % annehmen. Wenn Sie z. B. theoretisch fünfmal Ihr Smartphone mit einer externen Batterie aufladen können, können Sie aufgrund der Verluste in Wirklichkeit mit mindestens vier Aufladungen rechnen (-20 %).

Schlussfolgerung

Wir hoffen, dass Ihnen diese Erläuterungen helfen, die elektrischen Eigenschaften von Geräten der Unterhaltungselektronik besser zu verstehen. Diese Elemente sollten es Ihnen ermöglichen, eine fundiertere Wahl zu treffen, wenn Sie zwischen mehreren Produkten mit denselben Funktionen schwanken. Vor allem aber können Sie die tatsächliche Laufzeit und die Lade-/Entladezeiten der Akkus besser einschätzen.