Question

據(jù)介紹，武漢開發(fā)生產(chǎn)的“新型節(jié)能路燈”，名為“全永磁懸浮風(fēng)光互補(bǔ)路燈”，是一種只需要曬曬太陽吹吹風(fēng)就能發(fā)電的“尖板眼”．它完全利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，無風(fēng)有太陽時(shí)通過太陽能電池發(fā)電，有風(fēng)無太陽光時(shí)通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，二者皆備時(shí)同時(shí)發(fā)電，并可日夜蓄能．

全永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)		太陽能電池組件
起動(dòng)風(fēng)速（m/s）	1.5-2.0	太陽能板	單晶硅
切入風(fēng)速（m/s）	2.5	轉(zhuǎn)換效率	15%
額定風(fēng)速（m/s）	10.0	鉛酸蓄電池	25V  18000mAh
額定輸出功率（W）	300	配套燈具	25V  45W

武漢地區(qū)空氣密度為1.3kg/m³，一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以形成面積為1m²的圓面．下表給出了在不同風(fēng)速下此風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得的能量．

平均風(fēng)速（m/s）	2	4	6	8	10	12
1s內(nèi)獲得的能量（×102J）	1	2	3	4	5	6

（1）若某時(shí)間內(nèi)風(fēng)速為10m/s，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)單獨(dú)工作時(shí)的發(fā)電效率多大？
（2）已知太陽能電池正對(duì)太陽時(shí)剛好維持燈具單獨(dú)工作，而太陽光照射到面板時(shí)每平方米的輻射功率為1000W．求：接收太陽光能的面板面積為多少？
（3）若某夜平靜無風(fēng)，充滿電的鉛酸蓄電池可供燈具工作多長(zhǎng)時(shí)間？

Answer 1

分析：（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)的風(fēng)速和額定風(fēng)速相等時(shí)，輸出的功率和額定功率相等，根據(jù)W=Pt求出輸出的電能，又已知獲得的能量，利用效率公式求出發(fā)電效率；
（2）已知轉(zhuǎn)化效率，根據(jù)效率公式可求燈泡正常發(fā)光時(shí)太陽能面板獲得的輻射功率，根據(jù)太陽光照射到面板時(shí)每平方米的輻射功率即可求出接收太陽光能面板的面積；
（3）根據(jù)鉛酸蓄電池的銘牌可求儲(chǔ)存的能量，根據(jù)W=Pt求出充滿電的鉛酸蓄電池可供燈具工作的時(shí)間．

解答：解：（1）風(fēng)速為10m/s時(shí)，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為300W，發(fā)電機(jī)獲得的能量Q_獲得=5×10²J，
則每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)單獨(dú)工作時(shí)的發(fā)電效率：
η=

P輸出t

Q獲得

=

300W×1s

5×102J

=60%；
（2）燈泡正常發(fā)光時(shí)的功率P_L=45W，則
太陽能面板獲得的輻射功率P_面板=

PL

η

=

45W

15%

=300W，
接收太陽光能面板的面積S=

300W

1000W/m2

=0.3m²；
（3）充滿電的鉛酸蓄電池可提供的電能：
W=UIt=25V×18000×10^-3Ah=450W?h，
燈具工作的時(shí)間：
t=

W

PL

=

450W?h

45W

=10h．
答：（1）每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)單獨(dú)工作時(shí)的發(fā)電效率為60%；
（2）接收太陽光能的面板面積為0.3m²；
（3）充滿電的鉛酸蓄電池可供燈具工作10h．

點(diǎn)評(píng)：本題考查風(fēng)力發(fā)電裝置和太陽能板發(fā)電時(shí)的輸出功率與發(fā)電功率的關(guān)系，會(huì)利用有關(guān)的功率公式解答實(shí)際問題；理解題中所給的信息和銘牌參數(shù)是關(guān)鍵．