Question

为了推进环保和节能理念的实施，某公司开发生产了“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，如图l所示．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，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用．为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出．
下表为某型号风光互补路灯系统配置方案．问：

风力发电机		太阳能电池组件
最小启动风速	1.0m/s	太阳能电池	36W
最小充电风速	2.0m/s	太阳能转换效率	15%
最大限制风速	12.0m/s	蓄电池	500A．h12V
最大输出功率	400W	大功率LED路灯	80W-12V

（1）当风速为6.0m/s时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20%充至90%需多长时间？
（2）如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m²，要想太阳能电池的最大功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要多大？
（3）若遇到阴天无风的天气，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？

Answer 1

分析：（1）已知蓄电池的容量和输出功率，利用t=

W

P

计算时间；
（2）已知太阳能的转换效率和太阳辐射最大强度及需要达到的最大功率，利用效率公式计算得出面积；
（3）已知蓄电池的容量和灯泡的功率，利用t=

W

P

计算时间．

解答：解：（1）蓄电池的容量：W=12V×500A?h×（90%-20%）=12V×500A×3600s×（90%-20%）=1.512×10⁷J；
需要的时间：t=

W

P

=

1.512×107J

50W

=302400s=84h；
（2）电池板面积：S=

P电

ηP辐

=

36W

240W/m2×15%

=1m²；
（3）为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电余留20%左右即停止电能输出，与（1）蓄电池的电量由20%充至90%相符，即蓄电池的容量相等，
故可供灯具发光时间：t_灯=

W

P灯

=

1.512×107J

80W

=189000s=52.5h．
答：（1）将蓄电池的电量由20%充至90%需84h；
（2）太阳能电池板的面积至少要1m²；
（3）最多可供灯具正常发光52.5h．

点评：本题体现了物理与生活的紧密相连，有一定难度，关键是读懂题目中包含的隐性条件，如（1）与（3）中的蓄电池容量相等，这样会帮助我们减少计算量．