شركة الكهرباء لا تحاسبك على «الواط»، بل على «الكيلوواط ساعة». الفرق بينهما هو الفرق بين سرعة السيارة والمسافة التي قطعتها. هذا ما يشرحه المدرب فهد رفاعي في المحاضرة الثالثة.
تذكير: الجهد = الشغل لكل شحنة
يبدأ المدرب بربط الجهد بالكميات الفيزيائية: الجهد هو الشغل المبذول لتحريك الشحنة مقسومًا على الشحنة، ويمكن كتابته بالصيغة التفاضلية v = dw/dq، حيث الشغل W بالجول (والشغل صورة من صور الطاقة)، والشحنة بالكولوم.
ما القدرة الكهربائية؟
القدرة (Power) وتسمى بالعربية أيضًا «الاستطاعة»، وتعني أقصى ما يستطيع الجهاز تقديمه. فعندما نقول إن قدرة المصباح 60 واط، فهذا وصف لأقصى ما يقدمه. ووحدة القدرة الواط (W) نسبة إلى العالم الإسكتلندي جيمس واط. وتُعرَّف رياضيًا بأنها معدل تغيّر الطاقة بالنسبة للزمن.
كيف وصلنا إلى P = V × I؟
يضرب المدرب المعادلة في dq/dq (أي في واحد، فلا تتغير المعادلة) ليحصل على:
الجزء الأول هو الجهد، والثاني هو التيار. إذن لحساب القدرة نحتاج الجهد والتيار، وهذا مُثبت رياضيًا، ولن نعود بعد ذلك إلى هذا الاشتقاق.
توازن القدرة في أي دائرة
في أي دائرة مغلقة، القدرة المنتجة من المصادر تساوي القدرة المستهلكة في الأحمال. فإذا أعطينا المنتجة إشارة موجبة والمستهلكة إشارة سالبة، يكون مجموعهما الجبري صفرًا.
الطاقة: ما تحاسبك عليه شركة الكهرباء
الطاقة الكهربائية هي ما تحاسبك عليه شركة الكهرباء في الفاتورة، وليس الواط. والطاقة هي القدرة مضروبة في الزمن. فلو كان لدينا مصباح قدرته 100 واط عمل ساعة واحدة، فإنه يستهلك 100 واط ساعة (Wh): «واط» من القدرة، و«ساعة» من زمن التشغيل. ولذلك نستخدم الساعة غالبًا كوحدة زمن في حسابات الطاقة.
الطاقة = المساحة تحت منحنى القدرة
إذا رسمنا القدرة على المحور الرأسي (بالواط أو الكيلوواط، أو الميغاواط في المحطات الكبيرة) والزمن بالساعات على المحور الأفقي، فإن الطاقة هي المساحة تحت المنحنى.
مثال من المحاضرة: حِمل قدرته 250 واط يعمل من الساعة 1 إلى الساعة 3.
الزمن = 3 − 1 = 2 ساعة ← الطاقة = 250 × 2 = 500 Wh
ولو كان المنحنى هو استهلاك بيت خلال يوم كامل فلن يكون دائمًا مستطيلات سهلة، ولهذا نحتاج التكامل، وهذا يبيّن لماذا ندرس التفاضل والتكامل في الهندسة الكهربائية:
مثال تطبيقي من البيت
مكيّف قدرته 2 kW يعمل 8 ساعات يوميًا لمدة 30 يومًا:
الطاقة = 2 × 8 × 30 = 480 kWh في الشهر.
مثال المكيّف إضافة توضيحية منّا. ولمعرفة التكلفة اضرب الكيلوواط ساعة في التعرفة السارية لشريحتك في فاتورتك.
وحساب الكيلوواط ساعة هو نقطة البداية في تصميم أي منظومة شمسية؛ لذلك تبني عليه دورة أساسيات أنظمة الخلايا الشمسية، ثم تتوسع فيه دورة حسابات الأنظمة الشمسية المتصلة بالشبكة.
الخلاصة
- القدرة هي معدل استهلاك أو إنتاج الطاقة، ووحدتها الواط.
- P = V × I، أي أن القدرة تحتاج الجهد والتيار معًا.
- الطاقة = القدرة × الزمن، ووحدتها العملية الكيلوواط ساعة (kWh).
- الطاقة هي المساحة تحت منحنى القدرة، ولهذا نحتاج التكامل.
- في أي دائرة: القدرة المنتجة = القدرة المستهلكة.
أسئلة شائعة
ما الفرق بين kW و kWh؟
kW وحدة قدرة (كم يسحب الجهاز الآن)، و kWh وحدة طاقة (كم استهلك فعلًا خلال زمن).
كيف أحسب استهلاك جهاز؟
اضرب قدرته بالكيلوواط في عدد ساعات تشغيله، فتحصل على الطاقة بالكيلوواط ساعة.
هل تحاسبنا شركة الكهرباء على الواط؟
لا، تحاسبنا على الطاقة المستهلكة بالكيلوواط ساعة.
تعمّق أكثر مع دورات المهندس فهد رفاعي
من حساب الكيلوواط ساعة إلى تصميم منظومة شمسية:
أساسيات أنظمة الخلايا الشمسية
مدخل إلى أنظمة الطاقة الشمسية: الألواح، والبطاريات، والعاكسات، وفكرة تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء قابلة للاستخدام.
حسابات الأنظمة الشمسية المتصلة بالشبكة
الحسابات الهندسية لأنظمة On-Grid: تقدير الاستهلاك بالكيلوواط ساعة، وتحجيم الألواح والعاكس.
المصدر: المحاضرة 3: القدرة والطاقة الكهربائية للمدرب فهد رفاعي. الفقرات المعلّمة بـ«إضافة هندسية للتوضيح» شرح إضافي ليس من نص المحاضرة.