Question

19．太陽能將成為21世紀大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源．北京奧運會的標志性工程--國家體育館（“鳥巢’’工程）采用太陽能電力這一綠色能源，“鳥巢”安裝的太陽能發(fā)電系統直接為十二個主通道供電．
（1）奧運會期間“鳥巢”工程提供的130kW太陽能發(fā)電系統連續(xù)正常工作200h，得到了多少電能？若這些電能全部轉化成內能，能使多少千克的20℃的水燒開？
（2）若這太陽能發(fā)電系統的電能改由火力發(fā)電來提供，則每分鐘將增加約3.2kg的二氧化碳排放量，造成大氣污染．已知在通常情況下二氧化碳氣體的密度為1.98kg/m³，則奧運會期間由于使用該太陽能發(fā)電系統而減少排放的二氧化碳氣體在通常情況下的體積多大？
（3）已知太陽向空間輻射能量的總功率約為3.8×10²³kW，輻射到地球的太陽能總功率約為其中的二十億份之一，其中約47%能穿越大氣層到達地面，某企業(yè)生產的一塊接收面積為2m²的太陽能電池板，其光電轉化率為17%，則它的發(fā)電功率約是多大？（地球視為球體，其半徑為6400km）（結果保留兩位小數）

Answer 1

分析 （1）已知功率和工作時間，根據公式W=Pt可求得到的電能，已知電能全部轉化成內能，根據公式Q=cm△t可求水的質量．
（2）先計算由于使用該太陽能發(fā)電系統而減少排放的二氧化碳氣體的質量，再根據公式ρ=$\frac{m}{V}$可求二氧化碳的體積．
（3）先計算輻射到地球的太陽能總功率，再計算地面上每平方米面積得到的功率，已知光電轉化效率，可求該太陽能電池板發(fā)電功率．

解答 解：（1）得到電能W=Pt=130kW×200h=2.6×10⁴kW•h=9.36×10¹⁰J，Q=W=9.36×10¹⁰J，
燒開20℃水的質量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排放的二氧化碳質量m=200×60×3.2kg=3.84×10⁴kg，
減少排放的二氧化碳氣體體積V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{3.84×1{0}^{4}Kg}{1.98Kg/{m}^{3}}$=1.94×10⁴m³．
（3）輻射到地球的太陽能總功率P=3.8×10²³kw×$\frac{1}{2×1{0}^{9}}$=1.9×10¹⁴kw，
地面上每平方米面積得到的功率P₀=$\frac{1.94×1{0}^{14}Kw×47%}{2×3.14×（6.4×1{0}^{6}）^{2}}$≈0.39KW，
該太陽能電池板發(fā)電功率約P′=0.39kW×2×17%=0.13kW．
答：（1）得到了9.36×10¹⁰J的電能，這些電能全部轉化成內能，能使2.79×10⁵千克的20℃的水燒開．
（2）奧運會期間由于使用該太陽能發(fā)電系統而減少排放的二氧化碳氣體在通常情況下的體積為1.94×10⁴m³．
（3）它的發(fā)電功率約是0.13kW．

點評 本題考查電能、電功率、熱量的計算以及體積的應用，關鍵是公式及其變形的應用，本題還告訴我們利用太陽能的好處，在日常生活中，我們一定要廣泛應用太陽能．