题目内容
(2012?日照)目前很多城市已经使用了风光互补路灯系统如图所示,它具备了风能和太阳能产品的双重优点:该系统既可以通过太阳能电池组独立发电并储存在蓄电池,也可以通过风力发电机独立发电并储存在蓄电池;在风、光都具备时可以同时发电.某种型号的风光互补路灯技术参数如下:
(1)假设路灯每晚工作10h,求路灯正常工作时的电流和每晚消耗的电能.
(2)如果太阳光照射到地面时的辐射功率为800J/(s.m2)(1s辐射在每1m2上的光能为800J),若太阳能电池板的面积为1.25m2,太阳能电池光电转换效率为多大?
(3)在平均风速为8m/s的晚上,风力发电机除了保障路灯正常工作外,同时还给蓄电池充电,如果风力发电机一晚上工作时间为8h,则在这段时间内蓄电池储存电能是多少KW.h?
(4)已知风力发电机的输出电功率P与风速v的平方成正比.我市沿海风速不低于5m/s的时间每年不少于4000h,试估算这台风光互补路灯系统利用风能的最小年发电量是多少KW.h?
风力发电 额定功率 |
风力发电 额定风速 |
风力发电机启动风速 | 路灯额定电压 | 路灯额定功 率 | 太阳能电池板平均输出功率 |
260W | 8m/s | 3m/s | 24V | 60W | 100W |
(2)如果太阳光照射到地面时的辐射功率为800J/(s.m2)(1s辐射在每1m2上的光能为800J),若太阳能电池板的面积为1.25m2,太阳能电池光电转换效率为多大?
(3)在平均风速为8m/s的晚上,风力发电机除了保障路灯正常工作外,同时还给蓄电池充电,如果风力发电机一晚上工作时间为8h,则在这段时间内蓄电池储存电能是多少KW.h?
(4)已知风力发电机的输出电功率P与风速v的平方成正比.我市沿海风速不低于5m/s的时间每年不少于4000h,试估算这台风光互补路灯系统利用风能的最小年发电量是多少KW.h?
分析:(1)已知路灯的额定功率和额定电压,利用I=
计算正常工作的电流;已知额定功率和工作时间,利用W=Pt得到每天消耗的电能;
(2)已知太阳光照射到地面时的辐射功率和电池板的面积,可以得到太阳能电池板接收到的总功率;电池板的输出功率与总功率之比就是转换效率;
(3)已知风力发电的额定功率和发电时间,可以得到获得的电能,减去路灯消耗的电能就是蓄电池储存的电能;
(4)已知风力发电机的输出电功率P与风速v的平方成正比,可以得到风速为5m/s时的输出功率;已知发电机的输出功率和工作时间,利用W=Pt得到年发电量.
P |
U |
(2)已知太阳光照射到地面时的辐射功率和电池板的面积,可以得到太阳能电池板接收到的总功率;电池板的输出功率与总功率之比就是转换效率;
(3)已知风力发电的额定功率和发电时间,可以得到获得的电能,减去路灯消耗的电能就是蓄电池储存的电能;
(4)已知风力发电机的输出电功率P与风速v的平方成正比,可以得到风速为5m/s时的输出功率;已知发电机的输出功率和工作时间,利用W=Pt得到年发电量.
解答:解:
(1)路灯正常工作的电流为I=
=
=2.5A;
路灯每晚消耗的电能为W=PL t=60W×10×3600s=2.16×106J;
(2)太阳能电池板接收到的总功率P总=800W/m2×1.25 m2=1000W
太阳能电池板平均输出功率P出=100W
所以光电转换效率为η=
=
=10%
(3)蓄电池储存的电能W=P额t风-P灯t灯=0.26kW×8h-0.06kW×8h=1.6kW?h;
(4)根据题意有
=
当风速为5m/s时风力发电机输出功率P=
所以最小年发电量约为W=Pt′=
t=
×4000h=406.25 kW?h.
答:
(1)路灯正常工作时的电流为2.5A;每晚消耗的电能为2.16×106J;
(2)太阳能电池光电转换效率为10%;
(3)在这段时间内蓄电池储存电能为1.6kW?h;
(4)这台风光互补路灯系统利用风能的最小年发电量为406.25kW?h.
(1)路灯正常工作的电流为I=
PL |
UL |
60W |
24V |
路灯每晚消耗的电能为W=PL t=60W×10×3600s=2.16×106J;
(2)太阳能电池板接收到的总功率P总=800W/m2×1.25 m2=1000W
太阳能电池板平均输出功率P出=100W
所以光电转换效率为η=
P出 |
P总 |
100W |
1000W |
(3)蓄电池储存的电能W=P额t风-P灯t灯=0.26kW×8h-0.06kW×8h=1.6kW?h;
(4)根据题意有
P额 |
P |
v额2 |
v2 |
当风速为5m/s时风力发电机输出功率P=
P额v2 |
v额2 |
所以最小年发电量约为W=Pt′=
P额v2 |
v额2 |
0.26kW×(5m/s)2 |
(8m/s)2 |
答:
(1)路灯正常工作时的电流为2.5A;每晚消耗的电能为2.16×106J;
(2)太阳能电池光电转换效率为10%;
(3)在这段时间内蓄电池储存电能为1.6kW?h;
(4)这台风光互补路灯系统利用风能的最小年发电量为406.25kW?h.
点评:对于此类结合现代科技考查物理知识的题目,是现在中考的热点,解决此类问题时要紧扣物理考点,认真分析作答.
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