Question

19．太阳能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源．北京奥运会的标志性工程--国家体育馆（“鸟巢’’工程）采用太阳能电力这一绿色能源，“鸟巢”安装的太阳能发电系统直接为十二个主通道供电．
（1）奥运会期间“鸟巢”工程提供的130kW太阳能发电系统连续正常工作200h，得到了多少电能？若这些电能全部转化成内能，能使多少千克的20℃的水烧开？
（2）若这太阳能发电系统的电能改由火力发电来提供，则每分钟将增加约3.2kg的二氧化碳排放量，造成大气污染．已知在通常情况下二氧化碳气体的密度为1.98kg/m³，则奥运会期间由于使用该太阳能发电系统而减少排放的二氧化碳气体在通常情况下的体积多大？
（3）已知太阳向空间辐射能量的总功率约为3.8×10²³kW，辐射到地球的太阳能总功率约为其中的二十亿份之一，其中约47%能穿越大气层到达地面，某企业生产的一块接收面积为2m²的太阳能电池板，其光电转化率为17%，则它的发电功率约是多大？（地球视为球体，其半径为6400km）（结果保留两位小数）

Answer 1

分析 （1）已知功率和工作时间，根据公式W=Pt可求得到的电能，已知电能全部转化成内能，根据公式Q=cm△t可求水的质量．
（2）先计算由于使用该太阳能发电系统而减少排放的二氧化碳气体的质量，再根据公式ρ=$\frac{m}{V}$可求二氧化碳的体积．
（3）先计算辐射到地球的太阳能总功率，再计算地面上每平方米面积得到的功率，已知光电转化效率，可求该太阳能电池板发电功率．

解答 解：（1）得到电能W=Pt=130kW×200h=2.6×10⁴kW•h=9.36×10¹⁰J，Q=W=9.36×10¹⁰J，
烧开20℃水的质量m=$\frac{Q}{c△t}$=$\frac{9.36×1{0}^{10}J}{4.2×1{0}^{3}J/（Kg•°C）×（100-20）°C}$=2.79×10⁵kg．
（2）200h排放的二氧化碳质量m=200×60×3.2kg=3.84×10⁴kg，
减少排放的二氧化碳气体体积V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{3.84×1{0}^{4}Kg}{1.98Kg/{m}^{3}}$=1.94×10⁴m³．
（3）辐射到地球的太阳能总功率P=3.8×10²³kw×$\frac{1}{2×1{0}^{9}}$=1.9×10¹⁴kw，
地面上每平方米面积得到的功率P₀=$\frac{1.94×1{0}^{14}Kw×47%}{2×3.14×（6.4×1{0}^{6}）^{2}}$≈0.39KW，
该太阳能电池板发电功率约P′=0.39kW×2×17%=0.13kW．
答：（1）得到了9.36×10¹⁰J的电能，这些电能全部转化成内能，能使2.79×10⁵千克的20℃的水烧开．
（2）奥运会期间由于使用该太阳能发电系统而减少排放的二氧化碳气体在通常情况下的体积为1.94×10⁴m³．
（3）它的发电功率约是0.13kW．

点评 本题考查电能、电功率、热量的计算以及体积的应用，关键是公式及其变形的应用，本题还告诉我们利用太阳能的好处，在日常生活中，我们一定要广泛应用太阳能．