Question

11．目前我國(guó)風(fēng)力、光能發(fā)電總量雙雙位于世界第一．如圖所示是道路上安裝的新型風(fēng)光 互補(bǔ)路燈系統(tǒng)，這種路燈同時(shí)安裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板．他的技術(shù)參數(shù)如下表：

風(fēng)力發(fā)電額定功率	260W
風(fēng)力發(fā)電額定額定風(fēng)速	8m/s
風(fēng)力發(fā)電啟動(dòng)風(fēng)速	3m/s
太陽(yáng)能電池板平均輸出功率	100W

（1）該路燈通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，將風(fēng)（機(jī)械）能轉(zhuǎn)化為電能；該路燈安裝的燈泡上標(biāo)有“24V 60W”字樣，則燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流是多大？100 盞該型號(hào)路燈，一個(gè)月消耗的電能是多少？（假設(shè)路燈每晚工作 10h，一個(gè)月按 30 天算）這些能量相當(dāng)于消耗多少 kg 的煤炭？（煤炭熱值 q_煤=3×10⁷J/kg，不計(jì)能量損失）
（2）如果太陽(yáng)光照射到地面時(shí)的輻射功率為 800W/m²，若太陽(yáng)能電池板的面積為 1.25m²，則太陽(yáng)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(jī)除了給路燈提供電能之外，同時(shí)還將多余的電能儲(chǔ)存在蓄電池中．如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)一晚上工作時(shí)間為 10h，則在蓄電池儲(chǔ)存的電能是2kW•h．

Answer 1

分析 （1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)將風(fēng)能（機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為電能；
由P=UI計(jì)算燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流；由W=Pt計(jì)算一個(gè)月消耗電能；由W=Q=qt計(jì)算相當(dāng)于消耗煤炭的質(zhì)量；
（2）先計(jì)算太陽(yáng)能電池板接收的總功率，再由效率公式計(jì)算光電轉(zhuǎn)換效率；
（4）由W=Pt計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)晚上得到的電能，再計(jì)算出蓄電池儲(chǔ)存的電能．

解答 解：
（1）路燈通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，將風(fēng)能（或機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為電能；
由P=UI可得，該燈泡正常發(fā)光的電流：
I=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{60W}{24V}$=2.5A；
100 盞該型號(hào)路燈，一個(gè)月消耗的電能：
W=P_總t=100×0.06 kW×10h×30=1800kW•h=6.48×10⁹J；
不計(jì)能量損失，由W=Q=qm可得相當(dāng)于消耗煤炭的質(zhì)量：
m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{W}{q}$=$\frac{6.48×1{0}^{9}J}{3×1{0}^{7}J/kg}$=216kg；
（2）太陽(yáng)能電池板接收到的總功率：P_總=800W/m²×1.25m²=1000W，
太陽(yáng)能電池板平均輸出功率100W，所以光電轉(zhuǎn)換效率為
η=$\frac{{P}_{輸出}}{{P}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{100W}{1000W}$×100%=10%；
（3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)晚上產(chǎn)生的電能：W_風(fēng)=P_額′t=0.26 kW×10h=2.6kW•h，
1盞該型號(hào)路燈工作10h消耗的電能：W_L=P_Lt=0.06kW×10h=0.6kW•h；
由題知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)除了給路燈提供電能之外，多余的電能儲(chǔ)存在蓄電池中，
所以蓄電池可儲(chǔ)存的電能：W=2.6kW•h-0.6 kW•h=2kW•h．
故答案為：（1）風(fēng)（機(jī)械）；燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流是2.5A；100 盞該型號(hào)路燈，一個(gè)月消耗的電能是6.48×10⁹J，這些能量相當(dāng)于消耗216kg的煤炭；
（2）太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率為10%；
（3）2．

點(diǎn)評(píng) 本題為電學(xué)、熱學(xué)綜合題，綜合考查了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力，要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)．