如图所示是环保的“风光互补路灯．它在有阳光时通过太阳能电池板发电.有风时通过风力发电机发电.两者皆具备时将同时发电.并将电能输送至蓄电池储存起来.供路灯晚间照明使用．为了能使蓄电池的使用寿命更长.要求充电至90%时停止充电.放电余留20%时停止电能输出．下表为某型号“风光互补路灯系统配置方案的相关参数．风力发电机太阳能电池组件最小启� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

11．如图所示是环保的“风光互补路灯”．它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，两者皆具备时将同时发电，并将电能输送至蓄电池储存起来，供路灯晚间照明使用．为了能使蓄电池的使用寿命更长，要求充电至90%时停止充电，放电余留20%时停止电能输出．下表为某型号“风光互补路灯”系统配置方案的相关参数．

风力发电机		太阳能电池组件
最小启动风速	1.0m/s	电池最大发电功率	180W
最小充电风速	3.0m/s	太阳能钤換效率	15%
最大限制风速	12.0m/s	蓄电池	400A•h-12V
最大输出功率	400W	大功率LED路灯	100W-I2V

（1）该路灯正常发光时的电流是多少？
（2）若遇到阴天且无风时，仅靠蓄电池供电，可供该灯正常发光多长时间？（提示：电流定义式I=$\frac{Q}{t}$，其中Q为电荷量，t为时间）
（3）当风速为8m/s时，风力发电机的输出功率为90W．在这种风速下，持续光照 10h，蓄电池的电量将由20%充到70%．求此过程中太阳能电池板接收太阳辐射的平均功率．

分析（1）由P=UI计算路灯正常发光时的电流；
（2）由题意计算蓄电池供电容量，已知蓄电池的容量和灯泡的功率，利用P=$\frac{W}{t}$计算时间；
（3）计算出10小时充电的量和风力发电量，由此计算接受太阳能的能量，由P=$\frac{W}{t}$计算接收太阳辐射的平均功率．

解答解：
（1）由表格数据知，大功率LED路灯的额定功率100W，额定电压12V，
由P=UI可得，路灯正常发光时的电流：
I=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$=$\frac{100W}{12V}$≈8.3A；
（2）由题知，充电至90%左右即停止充电，放电余留20%左右即停止电路输出，
蓄电池的供电容量：
W=12V×400A•h×（90%-20%）=12V×400A×3600s×（90%-20%）=1.2096×10⁷J，
由P=$\frac{W}{t}$得可供灯具正常发光时间：
t_灯=$\frac{W}{{P}_{灯}}$=$\frac{1.2096×1{0}^{7}J}{100W}$=120960s=33.6h；
（3）由W=UIt可得，蓄电池的电量由20%充到70%的充电量：
W′=12V×400A•h×（70%-20%）=12V×400A×3600s×（70%-20%）=8.64×10⁶J，
由P=$\frac{W}{t}$得，风力发电机发电量为：
W_发电机=P_发电机t=90W×10×3600s=3.24×10⁶J；
太阳能电池板发电量：
W_太=W′-W_电机=8.64×10⁶J-3.24×10⁶J=5.4×10⁶J；
由表格知，太阳能转换效率15%，则持续光照10h，则有：15%W_太阳能=W_太，
即接受太阳能：W_太阳能=$\frac{{W}_{太}}{15%}$，
太阳能电池板接收太阳辐射的平均功率：
P′=$\frac{{W}_{太阳能}}{t}$=$\frac{{W}_{太}}{15%t}$=$\frac{5.4×1{0}^{6}J}{0.15×10×3600s}$=1000W．
答：（1）该路灯正常发光时的电流是8.3A；
（2）若遇到阴天且无风时，仅靠蓄电池供电，可供该灯正常发光33.6h；
（3）太阳能电池板接收太阳辐射的平均功率1000W．

点评本题体现了物理与生活的紧密相连，有一定难度，要能从表格中获取有用的信息，会计算电池容量，所以解题关键是读懂题目中所给出的条件．

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