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，恰好可供電子節能燈工作10h．假設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 的電子節能燈的發光效果相當．請你根據下表中數據計算說明：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濟上是否有優勢？（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；知道電子節能燈的銘牌，可以知道電子節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=根據節能燈的額定功率和通電時間，計算出消耗電能，再算出電費，再加上買節能燈的費用就是一共需要付出的錢；
根據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，
∵電子節能燈正常工作，
∴P=P_額=40W，
電子節能燈正常工作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（20年）進行比較：白熾燈與電子節能燈的工作時間t=20×365×10h=73000h，
使用白熾燈時，需要的盞數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．
使用電子節能燈時，需要的盞數n₂==10，
則費用是10×20元=200元．
所以再加上給電子節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能燈既省電又省錢，在經濟上有很大優勢．
點評：本題考查學生對消耗電能、電功、效率的計算，難點是比較節能燈和白熾燈各自特點和所需費用．從而利用所學知識解決實際問題（新開發的太陽能照明燈能量轉化問題），能加強學生的節能意識．