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：

（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 
W= P_L t=60W×10×3600s=2.16×10⁶J    
（2）太阳能电池板接收到的总功率
P_总=800W/s×1.25 m² =1000W
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%  
（3）蓄电池可储存的电能W=（P_额－P_灯）t=(260×10^-3K W－60×10^-3K W) ×8h =1.6KW·h
（4）根据题意有P_额/ P  =v_额2/ v²  
当风速为5 m/s时风力发电机输出功率P=（v²/ v_额²）P_额
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。