خانه / اخبار / آیا یک باتری خانگی تسلا (پاوروال) لازم داریم؟ فیزیک توضیح می‌دهد

آیا یک باتری خانگی تسلا (پاوروال) لازم داریم؟ فیزیک توضیح می‌دهد

قبلا در ساختنی در مورد پایان عصر باتری‌ها صحبت کرده بودیم. با این حال سال گذشته تسلا یک باتری برای خانه‌ها، به نام پاوروال (Powerwall) معرفی کرد که قبلا نیز نحوه کارکرد پاوروال را توضیح داده بودیم. در اینجا فرصت مناسبی است که کمی در مورد باتری‌ها و فیزیک صحبت کنیم و ببینیم که آیا به یک باتری پاوروال در خانه نیاز داریم یا خیر. در این مقاله سعی می‌شود به برخی از سوالاتی که ممکن است به نظرتان بیاید پاسخ دهیم.

چرا برای خانه یک باتری لازم داریم؟

این شاید مهمترین سوال است و سوالی است که بارها به خوبی در مورد آن صحبت شده است. به طور مختصر، یک باتری خانگی به ما اجازه می‌دهد که استقلال بیشتری از توان مصرفی داشته باشیم. اگر از پنل‌های خورشیدی و یا از جریان برق تولیدی توسط باد استفاده کنیم، معمولا همان مقدار توان لازم برای روشن نگه داشتن لوازم برقی را تامین نمی‌کنند. با یک باتری، می‌توان در طول روز (و یا در طول وزش باد) انرژی را ذخیره کرده و به هنگام شب از آن استفاده کرد.

در صورتی که تقاضای توان از برق شهر در شب کمتر باشد، با استفاده از یک باتری خانگی می‌توان از توان شرکت برق در شب استفاده کرده، و در طول روز از باتری استفاده کرد. در واقع این یک بازی برد-برد است، ما پول کمتری برای برق پرداخت می‌کنیم و شرکت برق با درخواست توان کمتری در روز مواجه خواهد بود.

تفاوت پاوروال با باتری‌های دیگر در چیست؟

همیشه می‌توان یک باتری در خانه خود داشت. رایج‌ترین روش،‌ استفاده از باتری‌های سربی-اسیدی است، مشابه باتری‌هایی که در ماشین به کار می‌رود. در این صورت به یک دسته کامل از باتری‌هایی که باید آن‌ها را به هم متصل کنیم نیاز خواهیم داشت. زمانی که یکی از باتری‌ها خراب شد، باید آن را جایگزین کنیم، که جایگزینی باتری جدید هزینه‌بر است.

تسلا با ساخت پاوروال یک باتری خانگی را مانند یک دستگاه تولید کرده است. این دستگاه به دیوار متصل شده و دیگر نیازی به مراقبت از باتری‌های جداگانه‌ای نیست. قیمت ۳۰۰۰ تا ۳۵۰۰ دلار نیز برای آن معقولانه به نظر می‌رسد.

در ساختنی بخوانید :  ساخت پل فلزی با استفاده از پرینت سه بعدی در آمستردام

کافیه فقط باتری را گرفته و آن را روشن کنیم؟

در واقع نه ! خانه با برق AC (متناوب) کار می‌کند، در صورتی که باتری به ما برق DC (ثابت) می‌دهد. و این یعنی باید این برق DC را با یک مبدل به برق AC تبدیل کرد. با وجود یک دستگاه مبدل در ماشین، می‌توان آن را به یک دستگاه خانگی مانند کامپیوتر و یا قهوه‌ساز متصل کرد. مبدل، برق DC را از باتری ماشین گرفته و آن را به برق AC تبدیل می‌کند، از طرفی، لپ‌تاپ نیز برق AC را گرفته و آن را به DC تبدیل می‌کند. بله، با اینکه احمقانه به نظر می‌رسد اما درست است. پاوروال یک مبدل DC به AC در داخل خود ندارد (و یا AC به DC وقتی که می‌خواهیم با استفاده از شبکه برق آن را شارژ کنیم).

پاوروال تا چه مدت زمانی می‌تواند برق خانه را تامین کند؟

شرکت تسلا باتری‌هایی با ظرفیت ۷ و ۱۰ کیلووات ساعت را تولید کرده است (با این حال تسلا اعلام کرده است که در صورت تمایل می‌توان این باتری‌ها را کنار هم قرار داده تا ظرفیت ۲۰ کیلووات ساعتی در اختیار داشته باشیم، اما در واقعیت این موضوع به تعریف توان بر اساس میزان کار شما، محدود می‌شود). حال نگاهی به باتری ۱۰ کیلووات ساعتی آن می‌اندازیم.

رابطه توان با انرژی و زمان

می‌دانیم که انرژی در باتری ذخیره می‌شود، و می‌توانیم میزان توان متوسط مصرفی یک خانه را تخمین بزنیم. همچنین می‌توانیم مدت زمانی که این انرژی ذخیره شده مصرف می‌شود را محاسبه کنیم.

رابطه زمان با انرژی و توان

انرژی ذخیره شده در باتری چیست؟ بزرگترین پاوروال ۱۰ کیلووات ساعتی است. دقت کنید که کیلووات ساعت یک واحد انرژی است نه توان. این واحد بیان می‌کند که می‌توان برای یک ساعت ۱۰ کیلووات توان در اختیار داشت، که بر حسب ژول می‌شود ۳۶ میلیون ژول (یک وات برابر یک ژول بر ثانیه است).

حال باید مدت زمان مصرف توان را محاسبه کنیم. میزان توان مصرفی خانه شما چقدر است؟ دو کیلووات تخمین خوبی به نظر می‌رسد. حال می‌توانیم زمان را به این صورت محاسبه کنیم،

محاسبه مدت زمان استفاده از شارژ کامل باتری

پنج ساعت زمان زیادی به نظر نمی‌رسد، اما در صورتی که از انرژی خورشیدی استفاده کنیم، می‌تواند انرژی مورد نیاز ما را در طول شب تامین کند (ما توان زیادی را در زمان خواب استفاده نمی‌کنیم). اما در واقعیت کمتر از پنج ساعت انرژی دریافت خواهیم کرد. در این محاسبه فرض شده است که همه چیز ۱۰۰ درصد کارا هستند. در حقیقت، باتری ۹۲ درصد کارایی دارد، و مبدل DC به AC نیز مقداری تلفات خواهد داشت. به نظر می‌رسد اگر به مدت سه ساعت، هر ساعت دو کیلووات دریافت کنیم مناسب است.

در ساختنی بخوانید :  خبر علمی : الگوی یکسان پیری در مغز موش و انسان کشف شد

چگالی انرژی چیست؟

اگر در مورد چگالی حرف بزنیم، احتمالا فکر می‌کنید منظور نسبت جرم یک جسم به حجم آن است. این چگالی-جرم خواهد بود. اما چگالی انرژی، میزان انرژی ذخیره شده در یک دستگاه تقسیم بر حجم آن است. اما چه نیازی به این کمیت داریم؟ این کمیت به ما می‌گوید که یک دستگاه ذخیره انرژی چقدر باید بزرگ باشد تا یک مقدار مشخصی از انرژی را در خود ذخیره کند.

حال، میزان چگالی انرژی پاوروال چقدر است؟ با توجه به صفحه پاوروال در سایت تسلا، ابعاد باتری برابر است با ۱۳۰ در ۸۶ در ۱۸ سانتی‌متر. اگر فرض کنیم که این باتری یک مکعب مستطیل کامل است، حجم آن برابر ۰.۲۰۱ متر مکعب خواهد بود. با احتساب ۳۶ میلیون ژول انرژی ذخیره شده در پاوروال، چگالی انرژی پاوروال برابر ۱۷۹ میلیون ژول بر متر مکعب و یا ۰.۱۷۹ میلیون ژول بر لیتر خواهد بود.

این میزان چگالی انرژی در مقایسه با بقیه مواد چگونه است؟ این صفحه از ویکی‌پدیا، چگالی انرژی موادهای مختلفی را لیست کرده است. بر اساس این داده، چگالی انرژی پاوروال نسبتا کم است، زیرا یک باتری سربی-اسیدی دارای چگالی انرژی ۰.۵۶ میلیون ژول بر لیتر است. هرچند، این ممکن است به دلیل وجود فضاهای اضافی در باتری تسلا باشد. همچنین ما کمیتی به نام چگالی انرژی جرمی داریم (انرژی بر واحد جرم). وزن پاوروال برابر ۱۰۰ کیلوگرم است، بنابراین میزان چگالی انرژی جرمی آن ۰.۳۶ میلیون ژول بر کیلوگرم خواهد بود. این میزان چگالی انرژی جرمی، پاوروال را در مرز محدوده باتری‌های لیتیوم-یونی قرار می‌دهد.

تمرین فیزیک

در انتها، کمی نیز بازی با فیزیک برای شما در نظر گرفته‌ایم. حل این مسائل به درک بهتر باتری‌ها کمک خواهد کرد.

  1. اگر از پاوروال به عنوان باتری تلفن هوشمند استفاده کنیم، تا چه مدت زمانی می‌تواند انرژی لازم برای تلفن را تامین کند؟ (در این پیوند می‌توانید اطلاعات مفیدی در مورد باتری تلفن‌های همراه کسب کنید.)
  2. اگر این پاوروال را در یک ماشین تسلا قرار دهیم چه می‌شود؟ تا چه مسافتی می‌توان با آن رانندگی کرد؟ ظرفیت انرژی باتری پاوروال در مقایسه با باتری ماشین‌های الکتریکی چگونه است؟
  3. فرض کنید که می‌خواهیم با استفاده از یک دوچرخه ثابت که به یک ژنراتور متصل است، پاوروال را شارژ کنیم. اگر پدال بزنیم و توانایی تولید ۱۰۰ وات را داشته باشیم، چقدر طول می‌کشد تا پاوروال شارژ شود؟
  4. ایلان ماسک (مدیر عامل شرکت تسلا) در ارائه خود اشاره کرد که می‌توان از بخش کوچکی از سطح آمریکا برای تولید انرژی خورشیدی برای کشور آمریکا استفاده کرد. بر اساس توان مصرفی آمریکا و توان دریافتی از خورشید، اندازه این مربع را تخمین بزنید. همچنین، اندازه این ناحیه را از روی نقشه‌ای که در ارائه ایلان ماسک بود نیز تخمین بزنید.
  5. ایلان ماسک ادعا کرده است که باتری کل کشور، به اندازه یک نقطه قرمز خیلی کوچک خواهد بود. اندازه‌ای از زمین که برای ذخیره انرژی یک روز به آن نیاز دارید را تخمین بزنید.
  6. تسلا محصول دیگری به نام پاورپک را نیز معرفی کرده است. این نوع از باتری، نوع صنعتی پاوروال است که می‌تواند ۱۰۰ کیلووات ساعت انرژی را ذخیره کند. ماسک همچنین ادعا کرده است که با استفاده از ۱۶۰ میلیون پاورپک، می‌توان برق کل آمریکا را با استفاده از انرژی خورشیدی تامین کرد. ابتدا درستی این تخمین از ظرفیت توان را بررسی کنید. سپس، تخمین بزنید شرکت تسلا در روز چه تعداد پاورپک باید تولید کند تا بتواند باتری‌های کافی برای تامین برق کشور با استفاده از انرژی خورشیدی را، در کمتر از یک سال تهیه کند.
در ساختنی بخوانید :  راز های خواب : چطور مغز رویا می بیند؟

منبع

خلاصه مطلب
آیا یک باتری خانگی تسلا (پاوروال) لازم داریم؟ فیزیک توضیح می‌دهد
عنوان مطلب
آیا یک باتری خانگی تسلا (پاوروال) لازم داریم؟ فیزیک توضیح می‌دهد
توضیح کوتاه
در این مطلب در مورد باتری خانگی پاوروال ساخته شرکت تسلا، توضیحاتی داده و نیاز به این باتری‌ها را با استفاده از فیزیک بیان می‌کنیم.
نویسنده
ساختنی
ساختنی

درباره سید امیر قضائی

سید امیر قضائی
سید امیر قضائی دارای مدرک کارشناسی ارشد مخابرات و یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است .

پیشنهاد می کنیم

باتری های خانگی تسلا معروف به پاوروال ساختاری شبیه به باتری تسلا مدل اس دارند

باتری های خانگی تسلا چطور کار می کنند؟

همه ما کمپانی تسلا را با ماشین هایش می شناسیم و در ساختنی هم خبرهای …

پاسخ دهید