Question

【題目】目前很多城市已經使用了風光互補路燈系統如圖所示，它具備了風能和太陽能產品的雙重優點：該系統既可以通過太陽能電池組獨立發電并儲存在蓄電池，也可以通過風力發電機獨立發電并儲存在蓄電池；在風、光都具備時可以同時發電．某種型號的風光互補路燈技術參數如下：

風力發電 額定功率	風力發電 額定風速	風力發電機啟動風速	路燈額定電壓	路燈額定功　率	太陽能電池板平均輸出功率
260W	8m/s	3m/s	24V	60W	100W

（1）假設路燈每晚工作10h，求路燈正常工作時每晚消耗的電能．
（2）如果太陽光照射到地面時的輻射功率為800J/（sm2）（1s 輻射在每1m2上的光能為800J），若太陽能電池板的面積為1.25m2 ， 太陽能電池光電轉換效率為多大？
（3）在平均風速為8m/s 的晚上，風力發電機除了保障路燈正常工作外，同時還給蓄電池充電，如果風力發電機一晚上工作時間為8h，則在這段時間內蓄電池儲存電能是多少KWh？
（4）已知風力發電機的輸出電功率P與風速v的平方成正比．我市沿海風速不低于4m/s 的時間每年不少于4000h，試估算這臺風光互補路燈系統利用風能的最小年發電量是多少KWh？

Answer 1

【答案】
（1）解：路燈每晚消耗的電能為W=PL t=60W×10×3600s=2.16×106J；
（2）解：太陽能電池板接收到的總功率P總=800W/m2×1.25 m2=1000W

太陽能電池板平均輸出功率P出=100W

所以光電轉換效率為η= = ×100%=10%

（3）解：蓄電池儲存的電能W=P額t風﹣P燈t燈=0.26kW×8h﹣0.06kW×8h=1.6kWh；
（4）解：根據題意有 =

當風速為4m/s時風力發電機輸出功率P= 所以最小年發電量約為W=Pt′= t= ×4000h=260kWh．

【解析】（1）已知額定功率和工作時間，利用W=Pt得到每天消耗的電能；（2）已知太陽光照射到地面時的輻射功率和電池板的面積，可以得到太陽能電池板接收到的總功率；電池板的輸出功率與總功率之比就是轉換效率；（3）已知風力發電的額定功率和發電時間，可以得到獲得的電能，減去路燈消耗的電能就是蓄電池儲存的電能；（4）已知風力發電機的輸出電功率P與風速v的平方成正比，可以得到風速為4m/s時的輸出功率；已知發電機的輸出功率和工作時間，利用W=Pt得到年發電量．