Question

為了推進環保和節能理念的實施，某公司開發生產了“風光互補路燈”，該路燈只需要曬曬太陽吹吹風就能工作，如圖l所示．它在有陽光時通過太陽能電池板發電，有風時通過風力發電機發電，二者皆備時同時發電，并將電能輸至蓄電池儲存起來，供路燈照明使用．為了能使蓄電池的使用壽命更為長久，一般充電至90%左右即停止，放電余留20%左右即停止電能輸出．
下表為某型號風光互補路燈系統配置方案．問：

風力發電機		太陽能電池組件
最小啟動風速	1.0m/s	太陽能電池	36W
最小充電風速	2.0m/s	太陽能轉換效率	15%
最大限制風速	12.0m/s	蓄電池	500A．h12V
最大輸出功率	400W	大功率LED路燈	80W-12V

（1）當風速為6.0m/s時，風力發電機的輸出功率將變為50W，在這種情況下，將蓄電池的電量由20%充至90%需多長時間？
（2）如果當地垂直于太陽光的平面得到的太陽輻射最大強度約為240W/m²，要想太陽能電池的最大功率達到36W，太陽能電池板的面積至少要多大？
（3）若遇到陰天無風的天氣，僅靠蓄電池供電，最多可供燈具正常發光多長時間？

Answer 1

分析：（1）已知蓄電池的容量和輸出功率，利用t=

W

P

計算時間；
（2）已知太陽能的轉換效率和太陽輻射最大強度及需要達到的最大功率，利用效率公式計算得出面積；
（3）已知蓄電池的容量和燈泡的功率，利用t=

W

P

計算時間．

解答：解：（1）蓄電池的容量：W=12V×500A?h×（90%-20%）=12V×500A×3600s×（90%-20%）=1.512×10⁷J；
需要的時間：t=

W

P

=

1.512×107J

50W

=302400s=84h；
（2）電池板面積：S=

P電

ηP輻

=

36W

240W/m2×15%

=1m²；
（3）為了能使蓄電池的使用壽命更為長久，一般充電至90%左右即停止，放電余留20%左右即停止電能輸出，與（1）蓄電池的電量由20%充至90%相符，即蓄電池的容量相等，
故可供燈具發光時間：t_燈=

W

P燈

=

1.512×107J

80W

=189000s=52.5h．
答：（1）將蓄電池的電量由20%充至90%需84h；
（2）太陽能電池板的面積至少要1m²；
（3）最多可供燈具正常發光52.5h．

點評：本題體現了物理與生活的緊密相連，有一定難度，關鍵是讀懂題目中包含的隱性條件，如（1）與（3）中的蓄電池容量相等，這樣會幫助我們減少計算量．