Возобновляемые источники энергии
.docвариант 0
Глава 3
Задача № 19.
Определить плотность полного тока через p-n-переход(без освещения), если плотность тока насыщения для данного СЭ γ=10-8 А∙см-2,температура T=298 K,V0=0,25 В
Решение
ID = γ {exp[eV0/(AkT)]-1}
ID=10-8 А∙см-2{exp[1,602∙10-19∙0,25/(1,38∙10-23∙298)]-1}=0,00017A∙см-2
Ответ: 17мА∙см-2
Задача № 28.
Определить мощность солнечной батареи площадью 2 м2, если ЭДС одного элемента 0,5 В. Эффективность в течение дня изменяется по закону γ=1/2450(-t2+28t-132).
Решение
γ=0 при t=6 и t=22, значит между этими часами проходит светлое время суток, следовательно в этом диапазоне необходимо считать мощность. Полная энергия, выделенная на СЭ с 1 см2 за день будет равна:
Средняя мощность с одного СЭ
P=0,139/(22-6)=8,707мВт
Полная мощность P=8,707∙10-3∙2∙104=174 Вт
Ответ P=147 Вт
Задача № 37.
Найти размеры солнечной батареи небольшой железнодорожной станции. Определить количество и размеры СЭ, если ЭДС батареи E=220 В, мощность 10 кВт, эффективность СЭ в часы пик γ=2∙10-2 А∙см-2. ЭДС при типовой нагрузке одного СЭ ,V0=0,45 В.
Решение
Для получения ЭДС батареи 220 В необходимо последовательное соединение 220/0,45=489 элементов. Для достижения мощности 10 кВт необходимо достичь ток 104/220=45,46А, для этого каждый СЭ должен иметь площадь 45,46/(2∙10-2)=2273см2, значит суммарная площадь 489∙2273=1,111∙106см=111,1 м2
Ответ. Последовательное соединение из 489 СЭ, площадью 0,2273 м2 каждый обеспечивают мощность 10 кВт при заданном радиационном потоке.
Задача № 46.
Ширина запретной зоны для CdTe равна 1,4 эВ. Определить оптимальную длину волны для фотоэлектрической генерации в солнечном элементе из CdTe.
Решение
Ширина запретной зоны через оптимальную длину волны выражается как
Eg=hν=hc/λ
Отсюда λ= hc/ Eg
Подставив числовые данные получим
𝜆=,6,53,∙10-−34.3,∙10-8/(.-1,4∙1,6∙,10-−19..)=0,874 мкм
,-Ответ. 0,87 мкм
Задача № 55.
Во сколько раз увеличится ток короткого замыкания кремниевой солнечной батареи при облученности 900 Вт∙м2, если температура её изменяется от t1=25 ⁰C до t1=200 ⁰C
Решение
Ток короткого замыкания зависит от температуры следующим образом:
ISC(t)= ISC(t1)[1+b(t-t1)], где b температуный коэффициент, b=6,4∙10-4 ⁰С-1
Исходя из формулы ISC(t)/ ISC(t1) =1+6,4∙10-4(200-25)=1,11
Ответ: 1,11 раза
Глава 4
Задача № 11.
Определить мощность гидротурбины, если её КПД равен 80%, количество сопел – 3, радиус сопел 20 см, напор воды 8 м.
Решение
Мощность, выдаваемая гидротурбиной определяется выражением: P=ηρnA(2gH)3/2/2, где n—количество сопел, А – площадь сечения сопла.
Так как сопла круглые, то
P=ηρnπr2(2gH)3/2/2, r—радиус сопел
Подставим значения:
P=0,8∙1000∙3∙3,14∙(20∙10-2)2∙(10∙8)3/2=305200Вт=305,2 кВт
Ответ:305 кВт
Глава 5
Задача № 21.
Определить мощность ветрового потока, если мощность ветроколеса 2 кВт, а коэффициент торможения потока а=0,4.
Решение
Мощность, отдаваемая валу ветроколеса определяется выражением:
P=CPP0, P0—мощность ветрового потока, CP=4a(1-a)2—коэффициент мощности
P0=P/(4a(1-a)2 P0=2/(4∙0,4(1-0,4)2)=3,47 кВт
Ответ: P0=3,47 кВт
Глава 6
Задача № 31.
Определить характерную высоту морской волны, если её мощность P=64 кВт/м а Tz=7с.
Решение
Для морских волн справедлива формула:
P=[550 Вт/м3с]HS2Tz
Отсюда: HS=(P/[550 Вт/м3с]∙ Tz)1/2
HS=[64∙103/(550∙7)]1/2=4,1 м
Ответ: Hz=4,1 м
Глава 7
Задача № 2.
Средняя высота прилива (Анаполис, Сев. Америка) R=6,4 м, площадь бассейна А=106 км2. Определить мощность ПЭС.
Решение
Мощность ПЭС можно посчитать по формуле:
W=ρAR2g/(2τ), где τ—период приплива, τ=12 час 25 мин
W=1000∙106∙1066,4∙9,8/(2∙(12∙3600+25∙60))=0,476 кВт
Ответ: 0,476 кВт
Литература
-
Фалеев Д.С. Возобновление и ресурсосберегающие источники энергии: Физические основы, практические задачи; применение для питания устройств автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте: Учеб. пособие. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001. –175 с.: и
-
Фалеев Д.С. Основные характеристики солнечных модулей : метод. указания / Д.С. Фалеев. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2013. – 28 с.: ил