Question

如圖 所示為一種太陽能照明燈，太陽能電池板供1 只“220V 40W”的電子節(jié)能燈工作．若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3m²，地球上該處與太陽光垂直的表面接收的太陽輻射能約為7.2×10⁴J/min?m²，太陽光照一天，恰好可供電子節(jié)能燈工作10h．假設(shè)太陽光一直垂直照射太陽能電池板，且不考慮天氣影響，每天以8h 計算．求：
（1）太陽能照明燈利用太陽能的效率大約是多少？
（2）若200w 的白熾燈與這種 40W 的電子節(jié)能燈的發(fā)光效果相當．請你根據(jù)下表中數(shù)據(jù)計算說明：按目前價格使用這種太陽能照明燈與使用這種白熾燈相比在經(jīng)濟上是否有優(yōu)勢？（燈每天工作10h，一年按 365 天計算）

	額定電壓/V	額定功率/W	平均壽命	每只售價	每度電費
白熾燈	220	200	1000小時	2.0元	0.5元
電子節(jié)能燈	220	40	8000小時	20元
太陽能電池板			20年	1500元

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)題目提供的條件，可以求出每天（8h）太陽能電池板吸收的太陽能，這是總能量；知道電子節(jié)能燈的銘牌，可以知道電子節(jié)能燈正常工作時的電功率，又知道工作時間，求出消耗的電能，即轉(zhuǎn)化的有用能量，再利用效率公式求太陽能照明燈利用太陽能的效率．
（2）利用P=根據(jù)節(jié)能燈的額定功率和通電時間，計算出消耗電能，再算出電費，再加上買節(jié)能燈的費用就是一共需要付出的錢；
根據(jù)白熾燈的額定功率和通電時間先計算白熾燈消耗的電能，再算出所需電費，再加上買白熾燈的錢，就是所需要付出的錢；
（3）二者進行比較就可得出結(jié)論．
解答：解：（1）每天（8h）太陽能電池板吸收的太陽能：
W_總=7.2×10⁴J/min?m²×0.3m²×8×60min=1.04×10⁷J，
∵電子節(jié)能燈正常工作，
∴P=P_額=40W，
電子節(jié)能燈正常工作10h消耗的電能：
W_有用=Pt=40W×10×3600s=1.44×10⁶J，
太陽能照明燈利用太陽能的效率：
η=×100%=×100%≈14%．
答：利用太陽能的效率大約是14%．
（2）在相同的時間內(nèi)（20年）進行比較：白熾燈與電子節(jié)能燈的工作時間t=20×365×10h=73000h，
使用白熾燈時，需要的盞數(shù)n₁==73，
則費用是73×2.0元=146元．
所消耗的電能W₁=P₁t=0.2kw×73000h=14600kw?h，
須交電費14600kw?h×0.5元/kw?h=7300元；
共計：146元+7300元=7446元．
使用電子節(jié)能燈時，需要的盞數(shù)n₂==10，
則費用是10×20元=200元．
所以再加上給電子節(jié)能燈供電的太陽能電池板費用，
則共計費用：200元+1500元=1700元．
因為7446元＞1700元，
所以，這是說明使用電子節(jié)能燈既省電又省錢，在經(jīng)濟上有很大優(yōu)勢．
點評：本題考查學(xué)生對消耗電能、電功、效率的計算，難點是比較節(jié)能燈和白熾燈各自特點和所需費用．從而利用所學(xué)知識解決實際問題（新開發(fā)的太陽能照明燈能量轉(zhuǎn)化問題），能加強學(xué)生的節(jié)能意識．