Aurélie 02/06/13
 

 

Panneaux solaires, concours Geipi 2013.

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La disparition des ampoules à incandescence s’explique par le très mauvais rendement de cette technologie (de l’ordre de 5 %). Ces ampoules ont une température de filament d’environ 2850 K.
A quel type d’énergie correspond les 5% du rendement ?
5 % correspond à la conversion d'énergie électrique en énergie lumineuse ( partie visible du spectre ).
Pourquoi les ampoules à incandescence ont un rendement si médiocre ?
Utiliser la loi de Wien λmax T = A avec A = 2,898 10 -3 K.m-1 pour justifier votre réponse.
lmax = 2,898 10-3 / 2850 = 1,02 10-6 m = 1,02 µm. ( infrarouge).
Le rayonnement se situe principalement dans l'infrarouge.
Un cuisinier, travaillant dans un restaurant dans une station de ski à 2000 m d’altitude, souhaite connaître la température d’ébullition de l’eau afin d’adapter le temps de cuisson des aliments.

La relation entre pression saturante de l’eau (en bar) et la température (en Kelvin) est donné par la formule de Rankine : ln (ps) = 13,7 – 5120 / T.
 Déterminer la température d’ébullition de l’eau dans ce restaurant.
A 2000 m, le graphe donne ps = 800 hPa = 8,00 104 Pa = 0,80 bar
ln ps = ln 0,80 = - 0,223 ; 5120 / T = 13,7 + 0,223 = 13,92 ; T = 5120 / 13,92 = 368 K ou 368-273 = 95 °C.
• Le GPL est un mélange d’hydrocarbure léger, principalement constitué de propane et de butane. Il est utilisé comme carburant alternatif au diesel. Pour simplifier les calculs, on assimilera le GPL au butane (C4H10).
Données : masse volumique du butane dans les conditions de la réaction : ρB= 585 kg.m-3.
Ecrire la réaction de combustion complète du butane.
C4H8(g) + 6O2(g)---> 4 CO2(g) + 4H2O (g).
Un véhicule consomme un volume VB = 6,5 litres de butane pour 100 km parcourus.
Calculer le nombre de moles de butane consommées pour 100 km parcourus.
M(butane) = 4*12+10 = 58 g/mol ; m = VB rB =6,5 10-3 *585 = 3,80 kg =3,80 103 g.
n(butane) = m/M = 3,80 103 / 58 = 65,56 ~66 mol.
 En déduire la masse de dioxyde de carbone produite.
n(CO2)=4 n(butane) = 4*65,56 = 262,2 mol.
m(CO2) = M(CO2 ) n(CO2) = 44 *262,2 =11,5 kg pour 100 km ou 115 g par km parcouru.
Quelle est la classe énergétique de ce véhicule ? Classe B.
Emission de CO2 inférieure à 100g/km : classe A
Emission de CO2 de 101g/km à 120 g/km : classe B
Emission de CO2 de 121g/km à 140 g/km : classe C
Emission de CO2 de 141g/km à 160 g/km : classe D
Emission de CO2 de 161g/km à 200 g/km : classe E
Emission de CO2 de 201g/km à 250 g/km : classe F
Emission de CO2 supérieure à 251 g/km : classe G
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Quel matériau est apte à constituer une anode de protection contre la rouille destinée aux coques de navires ou aux ballons d’eau chaudes ? (Plusieurs réponses possibles)
Magnésium, zinc, aluminium.

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Un installateur décide d’utiliser le panneau solaire 185 W NU-185 (E1) dont les caractéristiques électriques et mécaniques sont détaillées ci-dessous.

Dimension de la cellule : 156,5 mm2 ; nombre de cellules et type de connexion : 48 montées en série.
Dimensions du panneau solaire : 1318 x 994 x 46 ( en mm) ; poids : 16 kg ; résistance mécanique maximale 2400 N mm-2.
Précisez les natures des énergies absorbées et utiles pour un panneau photovoltaïque.
Un panneau photovoltaïque convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique.
On cherche à déterminer les caractéristiques du panneau pour un flux lumineux de 1000 W.m-2.
Calculer :
• la puissance maximale délivrée par le panneau photovoltaïque Pm,
Le graphe indique Pm = 180 W.
• la tension au point de puissance maximale Vmpp.
Le graphe indique Vmpp = 24 V.
• l’intensité du courant au point de puissance maximale Impp.
Le graphe indique Impp = 7,6 A.
Calculer le rendement du panneau photovoltaïque η.
Puissance lumineuse reçue : surface *1000 = 1,318*0,994*1000 =1,319 103 W.
Puissance électrique maximale fournie : Vmpp Impp =24*7,6 ~180 W.
Rendement = 180 / 1310 =0,137 ( 13,7 %).




Donner la tension à vide U0 et le courant de court-circuit ICC du panneau photovoltaïque.

Calculer la puissance électrique P(10 Ω) fournie par le panneau lorsqu’il est connecté à une résistance R = 10 Ω.
P = U2mpp / R = 242/10 = 57,6 ~58 W.
Pour quelle valeur de résistance R*, la puissance fournie serait-elle maximale ?
R* =
U2mpp / Pm =242/180=3,2 ohms.
Combien le panneau comporte-t-il de cellules ?
48 cellules.
Quelle est la tension électrique U aux bornes d’une cellule lorsque le panneau solaire fournit la puissance maximale ?
Les cellules sont en série ; les tensions s'ajoutent : Umpp / 48 = 24 / 48 = 0,50 V.
Quelle est alors la valeur de l’intensité I traversant cette cellule ?
I = Pm / Umpp = 180 / 24 = 7,5 A.
L’installation photovoltaïque est dimensionnée pour produire 9 kWc (le kilo Watt crête (kWc) est une unité de mesure de la puissance produite par un panneau lorsque le flux lumineux est de 1000 W.m-2). On estime le rendement global de l’installation à ηg = 10 % en tenant compte du rendement des panneaux mais aussi de l’orientation des cellules, des pertes électriques …
Quelle surface de panneau doit-on installer pour produire 9 kWc ?
9 / 0,180 = 50 panneaux ; surface d'un panneau : 1,318*0,994 = 1,31 m2 ; 50*1,31 = 65,5 ~66 m2.
Dans une région où l’irradiation solaire est de 1200 kW/m²/an, quel est le revenu annuel de cette installation dans le cas où le prix d’achat est de 0,35 € / kWh ?
Puissance solaire : 1200 *66  =7,92 104 kW/an; puissance électrique 
7,92 104  / rendement global = 7,92 103 kW/an.
Revenu : 7,92 103*0,35 =2772 ~2,8 103 €.





  


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