вариант 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

I_D = γ {exp[eV₀/(AkT)]-1}

I_D=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

E_g=hν=hc/λ

Отсюда λ= hc/ E_g

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:

I_SC(t)= I_SC(t₁)[1+b(t-t₁)], где b температуный коэффициент, b=6,4∙10^-4 ⁰С^-1

Исходя из формулы I_SC(t)/ I_SC(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=C_PP₀, P₀—мощность ветрового потока, C_P=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 T­­_z=7с.

Решение

Для морских волн справедлива формула:

P=[550 Вт/м³с]H_S²Tz

Отсюда: H_S=(P/[550 Вт/м³с]∙ Tz)^1/2

H_S=[64∙10³/(550∙7)]^1/2=4,1 м

Ответ: H_z=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

1. 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

2. Фалеев Д.С. Основные характеристики солнечных модулей : метод. указания / Д.С. Фалеев. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2013. – 28 с.: ил