Question

目前很多城市已经使用了风光互补路灯系统如图20所示 ，它具备了风能和太阳能产品的双重优点：该系统既可以通过太阳能电池组独立发电并储存在蓄电池，也可以通过风力发电机独立发电并储存在蓄电池；在风、光都具备时可以同时发电。某种型号的风光互补路灯技术参数如下：

风力发电 额定功率	风力发电 额定风速	风力发电机启动风速	路灯额定电压	路灯额定功 率	太阳能电池板平均输出功率
260W	8m/s	3m/s	24V	60W	100W

（1）假设路灯每晚工作10h，求路灯正常工作时的电流和每晚消耗的电能。

（2）如果太阳光照射到地面时的辐射功率为800J/(s.m²)(1s辐射在每1 m²上的光能为800J)，若太阳能电池板的面积为1.25 m²，太阳能电池光电转换效率为多大？

（3）在平均风速为8m/s的晚上，风力发电机除了保障路灯正常工作外，同时还给蓄电池充电，如果风力发电机一晚上工作时间为8 h，则在这段时间内蓄电池储存电能是多少KW.h？

（4）已知风力发电机的输出电功率P与风速v的平方成正比。我市沿海风速不低于5m/s的时间每年不少于4000 h，试估算这台风光互补路灯系统利用风能的最小年发电量是多少KW.h？

 

 

Answer 1

解：（1）I= P_L/ U_L=60W/24V =2.5A   --------------------------------------------------- 1分

W= P_L t=60W×10×3600s=2.16×10⁶J    ---------------------------------------- 2分

(2) 太阳能电池板接收到的总功率P_总=800W/s×1.25 m² =1000W ------------- 1分

太阳能电池板平均输出功率P_出=100 W

所以光电转换效率为η=P_出/P_总=100W/1000W =10%  -----------------------------1分

  （3）蓄电池可储存的电能W=（P_额－P_灯）t=(26010^-3K W－6010^-3K W) ×8h

=1.6KW·h ---------------------------------------------- 2分

（4）根据题意有P_额/ P  =v_额²/ v²  ------------------------------------------------------ 1分

当风速为5 m/s时风力发电机输出功率P=（v²/ v_额²）P_额-------------------------1分

所以最小年发电量约为W=Pt^/=（v²/ v_额²）P_额 t^/=(5²/8²) ×260×10^-3KW ×4000h

=406.25 KW·h -------------------------------------------1分

说明：（1）解答时应写出必要的文字说明、公式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分。若由于上步的计算导致下步结果错误不要重复扣分。

    （2）计算题的方法不唯一，只要公式、代入数据及单位正确可参照参考解答评分。