¿Un inversor de 24 V consume la misma cantidad de vatios que un inversor de 12 V?

Le daré una respuesta que cubre algunos principios generales, ya que el resultado específico dependerá en cierta medida del tipo específico de inversor.

Un inversor visto desde los terminales del paquete de baterías (independientemente de su disposición, 12 V, 24 V, etc.) se verá como una carga de potencia constante, es decir, como un dispositivo de dos terminales que siempre absorbe la misma cantidad de energía, siempre que su carga (la bombilla) consume la misma cantidad de energía. Esto se debe a que el circuito interno intentará entregar un voltaje constante a la carga y siempre que este último (la bombilla) consuma la misma cantidad de corriente a voltaje constante, el producto$V \cdot I$en la bombilla, es decir, la potencia de salida del inversor, será constante.

Por supuesto, los inversores no tienen una eficiencia del 100 %, por lo que la potencia constante extraída de las baterías será mayor que la potencia constante entregada a la carga para compensar las pérdidas dentro del inversor.

Eso significa que si el mismo inversor es capaz de trabajar con diferentes valores de voltaje de entrada, consumirá más corriente cuando esté conectado a un paquete de baterías de menor voltaje. El valor de la capacidad de la batería (amperios-hora) aquí no es relevante. Lo único que importa es que la misma corriente pasará por ambas baterías cuando estén conectadas en serie.

Hagamos algunos cálculos. Dejar$P_L=10W$Sea la potencia consumida por la bombilla y$P_i$la extraída por el inversor de las baterías. Asumiendo una eficiencia aproximada$\eta=0.9=90\%$tienes$P_i = P_L / \eta \approx 11 W$.

Esto significa que la corriente extraída del paquete de baterías será$I_b = P_i / V_b$, dónde$V_b$es el voltaje del paquete de baterías, es decir, el voltaje que ve la entrada del inversor.

Entonces tenemos dos casos:

$$\begin{align*} (1)&& V_b &= 12V &&\text{(single 20Ah battery)} \\[2 em] (2)&& V_b &= 24V &&\text{(two 20Ah batteries in series)} \\[2 em] \end{align*}$$

La corriente en los dos casos será:

$$\begin{align*} (1)&& I_b &= P_i / V_b = 11W / 12V \approx 900mA \\[2 em] (2)&& I_b &= P_i / V_b = 11W / 24V \approx 450mA \\[2 em] \end{align*}$$

Así que la capacidad de la batería no entra en juego aquí. Entra en juego, por supuesto, calcular cuántas horas de servicio entregarían esas baterías. De hecho la capacidad$C$de una batería es una estimación aproximada de cuánto tiempo la batería puede entregar una corriente dada (¡sin embargo, no confunda C con la capacitancia de un capacitor! No son lo mismo en absoluto, ¡a pesar del símbolo confusomente idéntico!) . Matemáticamente:

$$C = I_b \cdot t \qquad\Rightarrow\qquad t = \dfrac {C} {I_b}$$

Por lo tanto si$C = 20 Ah$el tiempo estimado de servicio será:

$$\begin{align*} (1)&& t &= \dfrac {C} {I_b} = \dfrac {20Ah}{900mA} = \dfrac {20Ah}{0.9A} \approx 22h \\[2 em] (2)&& t &= \dfrac {C} {I_b} = \dfrac {20Ah}{450mA} = \dfrac {20Ah}{0.45A} \approx 44h \\[2 em] \end{align*}$$

Esta es una estimación aproximada , ya que la capacidad de una batería no es un parámetro excepcionalmente preciso a la hora de evaluar el tiempo de servicio. Para ser precisos, necesita lo que se llama las curvas de descarga de la batería (las baterías, sorprendentemente, no son dispositivos lineales), como puede ver en esta hoja de datos para una batería de plomo ácido :

Aquí hay una foto ampliada de las curvas:

Observe cómo cambia el tiempo de servicio con la corriente de descarga. Para corrientes de descarga más altas, la batería durará menos, por supuesto, pero si haces tus cálculos verás que no es una ley de proporcionalidad, es decir, duplicar la tasa de descarga (es decir, la corriente de descarga) reduce el tiempo a más de la mitad.

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Por cierto, la energía de la batería no se mide en amperios-hora (Ah) ni en vatios (W), pero la unidad correcta es el vatio-hora (Wh), que es una unidad alternativa al julio (J), que es la unidad estándar de energía. La conversión es sencilla:

$$1 Wh = 1 W \cdot 1h = 1W \cdot (3600 s) = 3600 W \cdot s = 3600 J = 3.6 kJ$$

El vatio-hora es una unidad más conveniente cuando se trata de dispositivos que funcionan durante mucho tiempo y terminan consumiendo una gran cantidad de energía (no necesariamente altos niveles de potencia ).

El vatio (W) es la unidad de potencia , en cambio, es decir, la tasa de conversión de energía.$1W = 1 J/s$Algo que extrae 1 W de una fuente significa que el dispositivo está convirtiendo/transfiriendo/utilizando 1 julio de energía por segundo, es decir, por cada segundo que está funcionando, se extrae un julio de energía de la fuente de alimentación a la que está conectado.

La capacidad de una batería C es una estimación aproximada de la energía almacenada en la batería. No puedo decir por qué la industria introdujo esta extraña unidad, ya que bien podría dar la energía almacenada en la batería como una cifra en vatios-hora (y los fabricantes a menudo lo hacen en sus hojas de datos técnicos). Solo puedo suponer que, dado que una batería es una fuente de voltaje más o menos constante, puede (muy aproximadamente) decir que la capacidad es proporcional a la energía almacenada en su interior, por lo que es más fácil hablar de amperios-hora, ya que los amperios son más fácilmente medida con instrumentos comunes, como multímetros digitales (que normalmente no pueden medir la potencia directamente).

Si tiene un inversor, generalmente significa que convierte CC en CA, por lo que supongo que se refiere a un regulador reductor o un regulador flyback; estos son convertidores de energía altamente eficientes y si la potencia de carga es de 10 vatios, entonces la potencia tomada por la entrada del convertidor es de 10 vatios más quizás 1 o 2 vatios en pérdidas.

Entonces, si el riel de suministro de entrada es de 12 voltios, la corriente consumida por el convertidor para alimentar 10 vatios a la carga será de 12 vatios / 12 voltios - 1A. Si el convertidor fuera 100% eficiente, la corriente tomada sería de 0,8333 amperios.

Si se aumenta el voltaje a 24 V (suponiendo que las pérdidas sean de 2 vatios y que el convertidor pueda manejar 24 V), la corriente de entrada al convertidor será: -

12 vatios / 24 v = 0,5 amperios.

Si la batería de 24V está formada por 2 baterías de 12V en serie no hay diferencia alguna.