Question

（2012?日照）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(yōu)點：該系統既可以通過太陽能電池組獨立發(fā)電并儲存在蓄電池，也可以通過風力發(fā)電機獨立發(fā)電并儲存在蓄電池；在風、光都具備時可以同時發(fā)電．某種型號的風光互補路燈技術參數如下：

風力發(fā)電 額定功率	風力發(fā)電 額定風速	風力發(fā)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(fā)電機除了保障路燈正常工作外，同時還給蓄電池充電，如果風力發(fā)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KW．h？
（4）已知風力發(fā)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5m/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(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=

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換效率；
（3）已知風力發(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）已知風力發(fā)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為I=

PL

UL

=

60W

24V

=2.5A；
路燈每晚消耗的電能為W=P_L t=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
所以光電轉換效率為η=

P出

P總

=

100W

1000W

=10%
（3）蓄電池儲存的電能W=P_額t_風-P_燈t_燈=0.26kW×8h-0.06kW×8h=1.6kW?h；
（4）根據題意有

P額

P

=

v額2

v2

當風速為5m/s時風力發(fā)電機輸出功率P=

P額v2

v額2

所以最小年發(fā)電量約為W=Pt′=

P額v2

v額2

t=

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）太陽能電池光電轉換效率為10%；
（3）在這段時間內蓄電池儲存電能為1.6kW?h；
（4）這臺風光互補路燈系統利用風能的最小年發(fā)電量為406.25kW?h．

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