วิธีการวัดพลังงานไฟฟ้า: คู่มือที่ครอบคลุม

พลังงานไฟฟ้าคืออะไร?

พลังงานไฟฟ้าถูกกำหนดให้เป็นผลคูณของ กำลังไฟฟ้า และ เวลา และวัดเป็น จูล (J) หนึ่งจูลของพลังงานไฟฟ้าเท่ากับหนึ่งวัตต์ของกำลังที่ใช้ไปหนึ่งวินาที ทางคณิตศาสตร์เราสามารถเขียนได้ว่า:

E=P×t

เมื่อ,

• E คือพลังงานไฟฟ้าในหน่วยจูล (J)

• P คือกำลังไฟฟ้าในหน่วยวัตต์ (W)

• t คือเวลาในหน่วยวินาที (s)

พลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้าเป็นแนวคิดที่เกี่ยวข้องกัน กำลังไฟฟ้าคือปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรเนื่องจากความต่างศักย์บางอย่างระหว่างจุดสองจุด กำลังไฟฟ้ายังเป็นอัตราที่พลังงานไฟฟ้าถูกส่งหรือใช้โดยอุปกรณ์หรือระบบ กำลังไฟฟ้าวัดเป็นวัตต์ (W) ซึ่งเทียบเท่ากับจูลต่อวินาที (J/s) ทางคณิตศาสตร์เราสามารถเขียนได้ว่า:

P=V×I

เมื่อ,

• P คือกำลังไฟฟ้าในหน่วยวัตต์ (W)

• V คือความต่างศักย์ในหน่วยโวลต์ (V)

• I คือกระแสไฟฟ้าในหน่วยแอมแปร์ (A)

เพื่อวัดพลังงานไฟฟ้า เราต้องทราบทั้งกำลังไฟฟ้าและระยะเวลาที่มันถูกใช้งาน ตัวอย่างเช่น หากหลอดไฟ 100 วัตต์ถูกเปิดใช้งาน 10 นาที แล้วพลังงานไฟฟ้าที่ถูกใช้คือ:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

หน่วยของพลังงานไฟฟ้า

จูลเป็นหน่วยมาตรฐานของพลังงานในระบบหน่วยสากล (SI) แต่มันเล็กเกินไปสำหรับการใช้งานจริงเมื่อต้องวัดพลังงานไฟฟ้าในปริมาณมาก ดังนั้น หน่วยอื่น ๆ ที่ใช้บ่อยในการวัดพลังงานไฟฟ้า ได้แก่ วัตต์-ชั่วโมง (Wh) กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) เมกะวัตต์-ชั่วโมง (MWh) และกิกะวัตต์-ชั่วโมง (GWh) หน่วยเหล่านี้ได้มาจากการคูณหน่วยของกำลัง (วัตต์) ด้วยหน่วยของเวลา (ชั่วโมง)

• วัตต์-ชั่วโมง (Wh) คือปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ถูกใช้โดยอุปกรณ์หรือระบบที่ใช้กำลัง 1 วัตต์เป็นเวลา 1 ชั่วโมง มันแสดงว่ากำลังถูกใช้เร็วแค่ไหนตลอดช่วงเวลาหนึ่ง หนึ่งวัตต์-ชั่วโมงเท่ากับ 3,600 จูล ตัวอย่างเช่น หลอดไฟ LED ขนาด 15 วัตต์ใช้พลังงานไฟฟ้า 15 Wh ในหนึ่งชั่วโมง

• กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) คือหน่วยใหญ่กว่าของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้บ่อยในเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านและใบแจ้งหนี้ค่าไฟฟ้า หนึ่งกิโลวัตต์-ชั่วโมงเท่ากับ 1,000 วัตต์-ชั่วโมง หรือ 3.6 เมกะจูล ตัวอย่างเช่น ตู้เย็นที่ใช้กำลัง 300 วัตต์ จะใช้พลังงานไฟฟ้า 300 Wh หรือ 0.3 kWh ในหนึ่งชั่วโมง

• เมกะวัตต์-ชั่วโมง (MWh) คือหน่วยของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้บ่อยในการวัดผลผลิตหรือการบริโภคของโรงไฟฟ้าหรือระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่ หนึ่งเมกะวัตต์-ชั่วโมงเท่ากับ 1,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมง หรือ 3.6 กิกะจูล ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าพลังถ่านหินที่มีกำลัง 600 MW จะผลิตพลังงานไฟฟ้า 600 MWh ในหนึ่งชั่วโมง

• กิกะวัตต์-ชั่วโมง (GWh) คือหน่วยของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการวัดปริมาณการผลิตหรือการบริโภคไฟฟ้าในปริมาณมากตลอดระยะเวลายาวนาน หนึ่งกิกะวัตต์-ชั่วโมงเท่ากับ 1,000 เมกะวัตต์-ชั่วโมง หรือ 3.6 เทอร์ราจูล ตัวอย่างเช่น ปริมาณการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดของสหรัฐอเมริกาในปี 2019 ประมาณ 3,800 TWh หรือ 3.8 ล้าน GWh

ตารางต่อไปนี้สรุปหน่วยของพลังงานไฟฟ้าและการแปลงหน่วย:

วิธีการวัดพลังงานไฟฟ้าด้วยมิเตอร์

เพื่อวัดพลังงานไฟฟ้า เราต้องใช้อุปกรณ์ที่สามารถบันทึกกำลังไฟฟ้าและระยะเวลาที่มันถูกใช้งาน อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่า มิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้า หรือเรียกง่าย ๆ ว่า มิเตอร์วัดพลังงาน มิเตอร์วัดพลังงานคืออุปกรณ์ที่วัดปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ถูกใช้โดยบ้านเรือน สถานประกอบการ หรืออุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้า มันวัดกำลังไฟฟ้าที่ถูกใช้รวมตลอดช่วงเวลาและถูกปรับให้ตรงกับหน่วยการเรียกเก็บเงิน หน่วยที่ใช้บ่อยที่สุดคือกิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) มิเตอร์วัดพลังงานใช้ในวงจรไฟฟ้าสลับ (AC) สำหรับการวัดการใช้พลังงาน

มีประเภทของมิเตอร์วัดพลังงานแตกต่างกันตามเทคโนโลยี การออกแบบ และการใช้งาน ประเภทที่พบบ่อย ได้แก่:

• มิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า: เป็นมิเตอร์แบบดั้งเดิมที่ใช้แผ่นโลหะหมุนและแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อวัดกำลังไฟฟ้าและบันทึกไว้บนชุดของดิสก์หรือเครื่องนับแบบกลไก พวกมันยังเรียกว่ามิเตอร์เหนี่ยวนำหรือมิเตอร์เฟอร์ราริ มันง่าย ทนทาน และแม่นยำ แต่มีข้อเสีย เช่น การสึกหรอทางกล การเปลี่ยนแปลงจากการแทรกแซงด้วยแม่เหล็ก และไม่สามารถวัดกำลังไฟฟ้าที่ไม่เป็นประโยชน์หรือคุณภาพของพลังงานได้

• มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์: เป็นมิเตอร์สมัยใหม่ที่ใช้วงจรและเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อวัดกำลังไฟฟ้าและแสดงผลบนจอภาพดิจิทัลหรือส่งข้อมูลไปยังระบบระยะไกล พวกมันยังเรียกว่ามิเตอร์แบบโซลิดสเตตหรือมิเตอร์ดิจิทัล มีข้อดีมากมายกว่ามิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ความแม่นยำสูง บำรุงรักษาต่ำ การอ่านและสื่อสารระยะไกล ตัวเลือกค่าธรรมเนียมหลายรายการ และคุณสมบัติขั้นสูง เช่น การตอบสนองต่อความต้องการ การวิเคราะห์โหลด และการวิเคราะห์คุณภาพพลังงาน

• มิเตอร์สมาร์ท: เป็นมิเตอร์ขั้นสูงที่ใช้เทคโนโลยีด