Autonomie électrique d'une maison passive. Bac S Liban 2015


Les panneaux solaires constituent la seule source d’énergie renouvelable utilisable en milieu urbain ou périurbain. Dans le cas d’une maison passive, particulièrement peu énergivore, ils peuvent aller jusqu’à assurer l’autonomie énergétique de l’habitation.
Caractéristique intensité-tension d'un panneau photovoltaïque d’une surface de 12 m².
Le diagramme suivant permet de repérer, pour des valeurs de la puissance lumineuse reçue par unité de surface variant entre 200 et 1000 W/m², les valeurs Iopt et Uopt de l’intensité et de la tension dans les conditions optimales de fonctionnement du panneau photovoltaïque, correspondant à une puissance électrique délivrée maximale.

Panneaux photovoltaïques.
Un panneau solaire photovoltaïque est un générateur électrique de courant continu constitué d'un ensemble de cellules photovoltaïques à base de silicium. Pour alimenter le réseau en électricité, il faut y associer un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif.
Deux grandeurs physiques sont définies pour comparer l'efficacité des panneaux :
- la puissance crête, puissance électrique maximale délivrée par le panneau dans ses conditions optimales de fonctionnement ;
- le rendement, rapport de la puissance crête sur la puissance lumineuse reçue par le panneau.
D’après les sites www.wikipédia.com et www.dictionnaire-environnement.com
Question préalable :
Évaluer la puissance de crête d’un panneau photovoltaïque de surface 12 m2 puis déterminer son rendement dans le cas où la puissance lumineuse reçue par unité de surface est de 600 W/m².
Iopt ~7,8 A ; Uopt ~125 V ; Pcrète=
Iopt Uopt~7,8*125 ~9,8 102 W.
Rendement :
9,8 102 /(600*12) = 0,136~0,14 ( 14 %).






Problème.
Une maison passive dont la surface de toiture est de 100 m² est en construction à
Brest. Ses besoins en énergie primaire totale, électroménager inclus, sont évalués à 8400 kWh par an. L’ensoleillement annuel moyen sur une surface orientée au sud, selon une inclinaison égale à la latitude, représente 1310 kWh/m² à Brest. Durée d'ensoleillement à Brest 1530 heures.
L’installation de panneaux photovoltaïques sur le toit permettrait-elle de couvrir les besoins en énergie de cette habitation ?
On suppose que la toiture est d'un seul pan, orientée au sud, avec une inclinaison optimale.
Energie solaire reçue par an : 1310*100 = 1,31 105 kWh.
Energie électrique disponible :
1,31 105 *0,136 ~ 1,8 104 kWh.
Cette valeur étant supérieure aux besoins énergétiques  en énergie primaire, l'installation de panneaux photovoltaïques rend la maison autonome en énergie.
Dans le cas d'une toiture a deux pans, avec une inclinaison et une orientation optimales.
Energie électrique disponible : 1,31 105 *0,136  / 2 ~ 9,0 103 kWh.
Cette valeur étant supérieure aux besoins énergétiques  en énergie primaire, l'installation de panneaux photovoltaïques rend la maison autonome en énergie.

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