Question

14．“Smartflower Pop”是一款太陽能電池板，它能確保與日照方向始終垂直，使其吸收的太陽能最多．該電池板有自動清潔裝置，使得它的工作效率比沾滿灰塵的電池板更高．白天，太陽能電池發出的電直接供給家用電器工作，多余部分存儲在蓄電池中．
（1）太陽能屬于新能源選填（“常規”或“新”），太陽能電池將光能轉化為電能．
（2）“Smartflower Pop”晚間自動清潔一次需要1h，此時的耗電功率為1kW，則自動清潔一次消耗的電能為多少焦？與多少千克的焦炭完全燃燒產生的熱量相等．（焦炭的熱值q=3×10⁷J/kg）
（3）若葉片面積為25m²，白天太陽能電池接收太陽輻射的平均功率為1000W/m²，光電轉化效率為20%．某日，白天家庭耗電的平均功率為4kW，蓄電池的充電效率為84%，晚上若將當天存儲的電能全部轉化為內能，可將60kg的水從20℃加熱到68℃，求當天的日照時間為多少小時．

Answer 1

分析 （1）太陽能屬于新能源；太陽能電池板就是將太陽能轉化為電能的裝置，這種電能再以化學能的形式儲存在電池中；
（2）根據W=Pt算出自動清潔一次消耗的電能，根據m=$\frac{Q}{q}$算出焦炭的質量；
（3）先算出白天接受的太陽輻射的平均功率，再根據光電轉化效率算出電功率，根據白天家庭耗電的平均功率算出剩余的電功率再根據蓄電池的充電效率算出得到的電功率，算出水吸收的熱量，根據t=$\frac{W}{P}$算出當天的日照時間．

解答 解：
（1）太陽能屬于新能源；太陽能電池板將光能轉化為電能；
（2）根據P=$\frac{W}{t}$得
自動清潔一次消耗的電能為：W=Pt=1000W×3600s=3.6×10⁶J；
消耗的電能與焦炭完全燃燒產生的熱量相等，根據Q=mq得，
完全燃燒焦炭的質量：m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{3.6×1{0}^{6}J}{3×1{0}^{7}J/kg}$=0.12kg；
（3）白天太陽能電池接收太陽輻射的功率為P=P₀=1000W/m²×25m²=25000W，
白天太陽能電池儲存的電功率為P_電=P_光η=25000W×20%=5000W；
白天剩余的功率為：P′=P_電-P_白=5000W-4000W=1000W；
因為蓄電池的充電效率為84%，所以儲存的電功率為P^″=P′×84%=1000W×84%=840W
水吸收的熱量：Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×60kg×（68℃-20℃）=1.2096×10⁷J；
因為晚上電能全部轉化為內能，故W=Q_吸=1.2096×10⁷J；
當天的日照時間為：t=$\frac{W}{{P}^{″}}$=$\frac{1.2096×1{0}^{7}J}{840W}$=1.44×10⁴s=4h．
故答案為：（1）新；電；（2）則自動清潔一次消耗的電能為3.6×10⁶J，與 0.12kg的焦炭完全燃燒產生的熱量相等；（3）當天的日照時間為4h．

點評 本題考查了功、功率、光電轉化率的問題，是一道綜合題，有一定的難度．