Question

4．在來賓市己裝有100盞風光互補路燈成了一道靚麗的風景，如圖所示．風光互補路燈系統同時安裝了風力發電機和太陽能電池板，有風時通過風力發電機發電，有陽光時通過太陽能電池板發電，并將電能儲存至蓄電池中．為了節能該路燈采用LED燈照明．下表為某型號風光互補路燈系統的部分技術參數，其中光電轉化效率是指太陽能．電池板將光能轉化為電能的效率，蓄電池容量是指蓄電池放電電流與放電總時間的乘積，最大輸出功率是指風速達到最大限制風速時風力發電機的輸出功率．

太陽能電池板		風力發電機		蓄電池		LED燈
電池板的總面積	0.5m2	最大限制速	12.0m/s	電池容量	150Ah	額定電壓	24V
光電轉化效率	20%	最大輸出功率	400W	額定電壓	12V	額定功率	60W

（1）風力發電機利用風力發電時，是將機械能轉化為電能．
（2）該型號LED燈正常工作時的電流為多少？
（3）當太陽光照射到電池板表面處每平方米的功率為1000 W時，太陽能電池板的輸出功率為多少？
（4）這100盞該型號風光互補路燈，每天正常工作10h，一個月消耗多少電能？如果用火力發電供電，則一個月需要消耗煤炭多少kg？（已知火力發電時，發1度電需煤400g，一個月以30天計）

Answer 1

分析 （1）判斷能量轉化，要看清該過程中的初始能量和最終形成的能量，進而判斷出能量的轉化過程；
（2）該型號LED燈正常工作時的功率和額定功率相等，根據P=UI求出正常工作時的電流；
（3）知道太陽能電池板的面積、光電轉化效率，知道當太陽光照射到電池板表面處每平方米的功率，利用效率公式求太陽能電池板的輸出功率；
（4）根據W=Pt求出100盞該型號風光互補路燈，每天正常工作10h，一個月消耗的電能，再根據發1度電需煤400g求出需要煤的質量．

解答 解：（1）利用風力發電時，是將機械能（風能）轉化為電能；
（2）該型號LED燈正常工作時的電壓為24V，功率為60W，
根據P=UI可得，正常工作時的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{60W}{24V}$=2.5A；
（3）太陽能電池板的輸出功率：
P_輸出=P₀/m²×0.5m²×20%=1000W/m²×0.5m²×20%=100W；
（3）100盞該型號風光互補路燈的總功率：
P=100×60W=6000W=6kW，
一天消耗的電能：
W=Pt=6kW×10h=60kW•h，
一個月用電：
W_總=60kW•h×30=1800kW•h，
發1度電需煤400g，需要煤的質量：
m=W_總×400g/kW•h=1800kW•h×400g/kW•h=720000g=720kg．
故答案為：
（1）機械（風）；
（2）該型號LED燈正常工作時的電流為2.5A；
（3）當太陽光照射到電池板表面處每平方米的功率為1000W時，太陽能電池板的輸出功率為100W；
（4）這100盞該型號風光互補路燈，每天正常工作10h，一個月消耗1800kW•h的電能，如果用火力發電供電，則一個月需要消耗煤炭720kg．

點評 本題為電學、熱學綜合題，綜合考查了學生對所學知識的應用能力，要求靈活運用所學知識，屬于難題！