题目内容
【题目】目前很多城市已经使用了风光互补路灯系统如图所示,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 | 风力发电 | 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/(sm2)(1s 辐射在每1m2上的光能为800J),若太阳能电池板的面积为1.25m2 , 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8h,则在这段时间内蓄电池储存电能是多少KWh?
(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4m/s 的时间每年不少于4000h,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KWh?
【答案】
(1)解:路灯每晚消耗的电能为W=PL t=60W×10×3600s=2.16×106J;
(2)解:太阳能电池板接收到的总功率P总=800W/m2×1.25 m2=1000W
太阳能电池板平均输出功率P出=100W
所以光电转换效率为η= = ×100%=10%
(3)解:蓄电池储存的电能W=P额t风﹣P灯t灯=0.26kW×8h﹣0.06kW×8h=1.6kWh;
(4)解:根据题意有 =
当风速为4m/s时风力发电机输出功率P= 所以最小年发电量约为W=Pt′= t= ×4000h=260kWh.
【解析】(1)已知额定功率和工作时间,利用W=Pt得到每天消耗的电能;(2)已知太阳光照射到地面时的辐射功率和电池板的面积,可以得到太阳能电池板接收到的总功率;电池板的输出功率与总功率之比就是转换效率;(3)已知风力发电的额定功率和发电时间,可以得到获得的电能,减去路灯消耗的电能就是蓄电池储存的电能;(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,可以得到风速为4m/s时的输出功率;已知发电机的输出功率和工作时间,利用W=Pt得到年发电量.