V tomto článku bychom si měli vysvětlit některé základní pojmy a veličiny, se kterými se často setkáváme při vylepšování našich miláčků nebo při bouřlivých večerních debatách u skleničky, kdy se vzrušenou debatou proplétají watpíky a ampéry s hodnotami přímo úměrnými množství spotřebovaného alkoholu. Rád bych přispěl k tomu, aby se i ne profesionálové dokázali orientovat základním způsobem v téhle problematice a třeba i lépe pochopit, co které elektrické zařízení do karavanu ve skutečnosti nabízí. V sérii článků o elektřině v karavanu budu určitě rád pokračovat, berte tento článek tedy jako nudný základní úvod.
Watty, Ampéry a Volty
Nejčastější pojmy a nejčastější omyly. Elektrický proud si lze opravdu představit, jako proud vody, který vždy teče jen z kopce (od plus k mínus) korytem (kovový vodič) ohraničeným břehy koryta (izolace kabelu). Jako každý proud vody má svoji energii, „sílu“, kterou určuje spád řeky (jak rychle voda teče) a objem vody (potůček versus veletok). S elektřinou to máme úplně stejně jednoduché.
- Napětí (udávané ve voltech, V) je něco jako spád řeky, čím větší napětí, tím více chce elektřina proudit a tím snadněji překonává překážky. V obytných vozech a karavanech se typicky setkáme s napětím 12 V (stejnosměrné), tedy napětím používaným jak v elektrických rozvodech vozidla, tak obytné nástavby a dále s napětím 230 V (typická domácí zásuvka, 230 V vyrobí v karavanu měnič napětí napojený na 12 V baterii nebo ho přivede kabel připojený k elektrické zásuvce z venku).
- Proud (udávaný v ampérech, A) je opravdu proud řeky, něco jako objem elektřiny (elektronů), která opravdu v daný okamžik protéká vodičem.
Ani proud, ani napětí sami o sobě nedokáží říci, jak velký výkon („sílu“, „energii“) elektřina má, stejně jako údaj o rychlosti toku vody bez údaje o jejím objemu (a naopak) nám nedokáže říci, jestli roztočí náhon ve mlýně. Proto potřebujeme údaj o výkonu (udávaný ve wattech, W). Čím více elektřiny s větším „spádem“, tím více energie, jako u vody. Takže logicky výkon (W) = napětí (V) * proud (A). Tuhle rovnici si zapamatujte, budete jí potřebovat pořád i když elektroinstalaci ve vašem zbytku přenecháte kamarádům nebo profesionálnímu servisu. Vyhnete se tak mnoha překvapením a zklamáním, nedejbože nebezpečím.
Údaj o výkonu (W) se nám hodí všude – od rozhodování o výběru solárů, baterie až po případný výběr měniče a elektrických spotřebičů. Výkon 1 W vytvoří proud jedné ampéry (A) při napětí jednoho voltu (V). Jeden jednoduchý příklad: budete chtít mít v obytku 230 V i bez připojení na elektřinu (měnič připojený na nástavbovou baterii), kamarád se tím chlubil, vám se to líbilo a manželka si chce při stání v lese ráno fénovat vlasy, aby se líbila veverkám. Zapojení jste viděl u kamaráda, jednoduché, dva dráty z baterie do měniče, dva dráty do zásuvky 230 V a je to ! Takže hurá pro měnič. Jenže ouha, prodavač se vás začne ptát, jaký měnič – jestli 250 W, 350 W nebo dokonce 2 000 W. Kromě toho, že si půjdete domů zjistit příkon (jak vekou energii zařízení potřebuje, logicky opět watty, W) fénu, tak by jste si měli alespoň orientačně spočítat, co to znamená na straně baterie. Mrška malý fén má příkon 2 000 W, tedy při napětí 230 V do něj poteče proud 8,7 A. Docela dost. Jenže, aby jste v ideálním případě vyrobili 2 000 W, potřebujete na straně baterie (přísun elektřiny do měniče) najednou 2000W / 12 V = 166,7 A !, a to už znamená, že to musí zvládnout jak baterie (maximální vybíjecí proud, startovací proud), tak extrémně „tlusté“ kabely od baterie k měniči a ideálně i pojistka mezi baterií a měničem.
Zkrátka jednoduchý přepočet výkonu (W) na potřebný proud (A) a napětí (V) vám umožní se základním způsobem orientovat v tom, co ještě smysl dává a co už nikoliv.
Kapacita
Určitě nejmíň tušíte ještě jeden zádrhel. Týká se hlavně baterií, a sice jejich kapacita. Někdy se udává ve watthodinách (Wh), někdy v ampérhodinách (Ah). Je hezké, že vaše baterie může jednorázově poskytnout při 12 V proud až 200 A a roztočit fén, jak dlouho to ale vydrží ? Právě to se dozvíme z údaje o kapacitě baterie. V případě baterií se nejčastěji používá údaj uváděný v ampérhodinách, znamená kolik hodin dokáže baterie při svém napětí (12 V) dodávat proud jedné ampéry. Tedy v našem případě fénu by baterie o kapacitě 90 Ah dokázala teoreticky pohánět fén (předpokládáme odběr 166,7 A z příkladu výše) půl hodiny. Jak jsme to zjistili ? Kapacita baterie (Ah) / odběr (A) = čas (h). Tedy 90 / 166,7 = 0,5. Pokud máme kapacitu uvedenou ve watthodinách (Wh), můžeme ji snadno převést na ampérhodiny: kapacita (Ah) = kapacita (Wh) / napětí baterie (V). Tedy pro baterii s udávanou kapacitou 1080 Wh by se kapacita v ampérhodinách (Ah) vypočetla 1080 Wh / 12 V = 90 Ah. Přeci jenom pro představu o kapacitě mi ampérhodiny přijdou intuitivnější.
POZOR, ve výše uváděných příkladech jsem se záměrně dopustil jedné totálně zavádějící chyby ! Respektive hned dvou. Nebo vlastně žádné. Pokud hovoříme o baterii, tak se jedná o elektrochemický článek, který nelze znovu nabít (klasické AAA baterky). To, co máme v našich obytkách jsou akumulátory (elektrochemický článek, který lze opakovaně dobíjet). V reálném životě u akumulátorů nekoresponduje uváděná kapacita (rozuměj maximální teoreticky možná) s reálnou kapacitou. Jak to ? Při vybití akumulátoru pod určitou hodnotu sice akumulátor dál dodává proud, ale zároveň dochází k jeho nevratné degeneraci (nikdy už nejde nabít na plnou kapacitu). Většinou používané akumulátory na bázi olova (jedno, jestli trakční, gelové a jiné) mají tento limit někde okolo 50 % své kapacity. Tento údaj naleznete v dokumentaci příslušné baterie. Pokud bychom si v příkladu s fénem nechtěli hned první den baterii zničit, tak bychom ve skutečnosti mohli mít fén puštěný ne půl hodiny, ale jen čtvrt hodiny. K vděčnému tématu akumulátorů se určitě ještě vrátím v samostatném článku.
Vatpík existuje
Asi každý z nás už řešil nebo přemýšlel o solárních panelech. Nebo alespoň slyšel vzrušující debatu na téma, jestli je 150 vatpíků dost anebo dost málo. Co je to ten vatpík ? Wattpeak (vyslovuj opravdu „vatpík“, Wp) zavedli výrobci solárních panelů pro udání výkonu solárního panelu ve wattech. Podobně jako u akumulátorů a jejich kapacity se v tom skrývá záludnost. Jedná se o maximální výkon solárního panelu na rovníku za podmínky dokonale jasné oblohy a poledního slunce. Tedy pro spravedlivé porovnání dvou solárních panelů mezi sebou super, pro reálné určení „kolik ze soláru dostanete“ musíte být opatrní a trochu ubrat v létě a hooodně ubrat v zimě. Úplně přesná čísla pro soláry, které nestojí alespoň rok na stejném místě, nezískáte, takže moje hrubé odhady ze zkušenosti – ve žhavém létě, nebe bez mráčků a poledne v ČR můžete počítat s výkonem soláru v poledne i 80%, v zimě na stejném místě v poledne bez mráčků 10%. Ten výkon soláru extra kolísá (směrem dolů) v závislosti na zastínění slunce, na sklonu slunce (poledne versus odpoledne je fakt znát až o polovinu). Kolik vám solární panel dokáže dobít do baterie kapacity ? Přesný výpočet není, záleží na zeměpisné šířce, ročním období, mracích, poloze auta …. Já sám jsem při výběru solárního panelu a odhadu jeho efektu dobíjení akumulátoru postupoval následovně pro léto: maximální dobitá kapacita akumulátoru v Ah = ((výkon panelu * 0,8) / 12) * 8 (hodin), tedy například 160 Wp solární panel mi v létě za jeden den odhadem dodá ((160 Wp * 0,8) / 12 V) * 8 hodin = 85 Ah. To znamená v zimě maximálně 8,5 Ah. Ale ani v zimě ani v létě nejsou všechny dny bez mráčku, takže čím větší přebytek výkonu solární, tím větší jistota, že po dvou dnech pod mrakem nebudete muset shánět na tábořišti u řeky přípojku 230 V.
Střídavý a stejnosměrný
Zatím jsme to srdnatě ignorovali. Akumulátor nám dodává proud stejnosměrný, stejně jako v autě máme z alternátoru stejnosměrný proud. V zásuvce se nám skrývá proud střídavý. Pomineme-li elektromotory a počítání účiníku a fázový posun proudu a napětí a další detaily, tak výše uvedená pravidla platí obecně pro střídavý a stejnosměrný proud. Důležité pro nás je vědět hlavní rozdíly střídavého a stejnosměrného proudu.
- Stejnosměrný proud jsme celou dobu popisovali – prostě „to“ teče jedním směrem, plus je pořád plus, mínus je pořád mínus.
- Střídavý proud se chová záludně – je jako potrhlá řeka, která teče chvíli jedním chvíli druhým směrem, jako by někdo pořád přepínal mezi plus a mínus (v zásuvce 50 krát za vteřinu). U střídavého proudu nemáme plus a mínus, za to máme fázi (na ní se mění napětí a je to ten červený kablík, co nás kopne, když na něj šáhneme), oproti zemi je na ní napětí 230 V, střední napětí (označované jako zem), na něm není napětí, ale propojuje se s fází – na zásuvce máme fázi a střední napětí, ochranu (též „nulák“ v zelenobílém) – to je ten kabel, co při zkratu vyhodí všechny pojistky až na sloupek a nesmí být nikdy spojen s vodičem pod napětím, středový kolík na zásuvce.
Na závěr alibistická omluva
Vím, že při psaní tohoto článku jsem si hodně zjednodušoval život ignorováním spousty „detailů“ – například napětí na akumulátoru není 12 V, ale v závislosti na typu akumulátoru a stavu nabití může být od 11 V do 14 V, při transformaci stejnosměrného proudu na střídavý v měniči vznikají ztráty a tak dál. Alibisticky prohlašuji, že jsem to dělal úmyslně ve prospěch snažší pochopitelnosti. Každopádně za opravy chyb a doplnění informací budu vděčný.Těším se, až se někdy potkáme u rybníka, moře nebo v kempu. David.
