Question

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 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kW·h？

Answer 1

（1）I=P_L/U_L=60W/24V=2.5A

W=P_Lt=60W×10×3600s=2.16×10⁶J

（2）太阳能电池板接收到的总功率P_总=800J/s·m²×1.25m²=1000J/s=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10%

（3）蓄电池可储存的电能

W=（P_额－P_灯）t=（260×10^-3kW－60×10^-3kW）×8h=1.6kW·h

（4）根据题意有

当风速为5m/s时风力发电机输出功率

所以最小年发电量约为