Question

9．如圖1是風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以通過太陽能電池組獨立發(fā)電并儲存在蓄電池中，也可以通過風(fēng)力發(fā)電機獨立發(fā)電并儲存在蓄電池中；在風(fēng)、光都具備時可以同時發(fā)電．某種型號的風(fēng)光互補路燈技術(shù)參數(shù)如下：

風(fēng)力發(fā)電 額定功率	風(fēng)力發(fā)電 額定風(fēng)速	風(fēng)力發(fā)電機啟動風(fēng)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(shè)路燈每晚工作10h，求路燈正常工作時的電流和每晚消耗的電能．
（2）如果太陽光照射到地面時的輻射功率為800J/（s•m²）（1s輻射在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(zhuǎn)換效率為多大？
（3）在平均風(fēng)速為8m/s的晚上，風(fēng)力發(fā)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(fēng)力發(fā)電機一晚上工作時間為8h，則在這段時間內(nèi)蓄電池儲存電能是多少kW•h？
（4）已知風(fēng)力發(fā)電機的輸出電功率P與風(fēng)速v的平方成正比．我市沿海風(fēng)速不低于5m/s的時間每年不少于4000h，試估算這臺風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)利用風(fēng)能的最小年發(fā)電量是多少kW•h？

Answer 1

分析 （1）已知路燈的額定功率和額定電壓，利用I=$\frac{P}{U}$計算正常工作的電流；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(zhuǎn)換效率；
（3）已知風(fēng)力發(fā)電的額定功率和發(fā)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(fēng)力發(fā)電機的輸出電功率P與風(fēng)速v的平方成正比，可以得到風(fēng)速為5m/s時的輸出功率；已知發(fā)電機的輸出功率和工作時間，利用W=Pt得到年發(fā)電量．

解答 解：
（1）路燈正常工作的電流：
I=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{60W}{24V}$=2.5A；
由P=$\frac{W}{t}$可得路燈每晚消耗的電能：
W=P_Lt
=60W×10×3600s
=2.16×10⁶J；
（2）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(zhuǎn)換效率：
η=$\frac{{P}_{出}}{{P}_{總}}$=$\frac{100W}{1000W}$=10%；
（3）蓄電池儲存的電能：
W=P_額t_風(fēng)-P_燈t_燈=0.26kW×8h-0.06kW×8h=1.6kW•h；
（4）根據(jù)題意有$\frac{{P}_{額}}{P}$=$\frac{{v}_{額}^{2}}{{v}^{2}}$
當(dāng)風(fēng)速為5m/s時風(fēng)力發(fā)電機輸出功率P=$\frac{{P}_{額}^{2}}{{v}_{額}^{2}}$
所以最小年發(fā)電量：
W=Pt′=$\frac{{P}_{額}{v}^{2}}{{v}_{額}^{2}}$t=$\frac{0.26kW×（5m/s）^{2}}{（8m/s）^{2}}$×4000h=406.25 kW•h．
答：
（1）路燈正常工作時的電流為2.5A；每晚消耗的電能為2.16×10⁶J；
（2）太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率為10%；
（3）在這段時間內(nèi)蓄電池儲存電能為1.6kW•h；
（4）這臺風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)利用風(fēng)能的最小年發(fā)電量為406.25kW•h

點評 對于此類結(jié)合現(xiàn)代科技考查物理知識的題目，是現(xiàn)在中考的熱點，解決此類問題時要緊扣物理考點，認真分析作答．