Bac S Asie 2017 Spécialité Correction © http://labolycee.org ...

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http://labolycee.org
EXERCICE 3 - DES ROUTES QUI GÉNÈRENT DE L'ELECTRICITÉ (5 points) Questions préalables
1. Indiquer pourquoi, selon vous, des panneaux photovoltaïques fixés sur
les routes bénéficieront a priori d'un éclairement moindre que ceux fixés
sur les toits d'habitation.
Le document 3 indique que l'énergie solaire reçue doit être minorée de 20%
lorsqu'elle est reçue par une surface horizontale et non inclinée d'un
angle égal à la latitude.
Les toits possèdent une inclinaison optimale contrairement aux routes. La présence des voitures sur la route réduit l'éclairement de celle-ci. Par
exemple, il est indiqué qu'une route à trafic moyen bénéficie de près de
90% du temps d'éclairement. 2. Pour mieux comprendre les rendements relativement modestes des cellules
à base de silicium, calculer la valeur de la longueur d'onde maximale ?max
au-delà de laquelle les photons absorbés ne peuvent plus générer
d'électricité. À quel domaine des ondes électromagnétiques appartient cette
longueur d'onde ? D'après le document 2, pour générer de l'électricité, les photons doivent
posséder une énergie E supérieure à l'énergie de gap Eg.
E > Eg
[pic]
[pic]
Ainsi ?max = 1,11×10-6 m = 1,11×103 nm
?max > 800 nm, cette radiation appartient au domaine infra rouge. Problème
3. Évaluer la surface de bitume à équiper de revêtement photovoltaïque, si
l'objectif fixé est de couvrir par ce moyen la totalité des besoins de
notre pays en électricité. S'appuyer sur le résultat obtenu pour dire si un
tel objectif semble réalisable.
Hypothèse de travail : sur une voie à trafic moyen, la route bénéficie de
près de 90% du temps d'éclairement. . Quels sont les besoins de notre pays en électricité ?
6,7 milliards de kilowattheures correspondent à 1,4% de la consommation
électrique annuelle nationale. 6,7×109 kW.h ( 1,4%
ETot ( 100% . Quelle est la valeur de l'énergie solaire reçue par m² et par jour par
une route horizontale en France ?
La carte montre des valeurs qui varient entre 3,0 au nord et 5,2
kW.h/m2/jour au sud-est.
Sans entrer dans des calculs complexes, on considère que l'énergie solaire
moyenne vaut 3,8 kW.h/m2/jour. Il faut minorer ces valeurs de 20% car les routes sont horizontales.
On minore cette valeur de 20% : Elum1 = (1 - 0,20) × 3,8 = 3,0 kW.h/m2/jour Et en raison du trafic, on ne conserve que 90% de cette valeur.
Elum2 = 0,90×3,0 = 2,7 kW.h/m2/jour.
. Quelle est la valeur de l'énergie électrique fournie par m² et par
jour par une route horizontale en France ?
L'énergie solaire (lumineuse) est transformée en énergie électrique avec un
rendement de 15%.
R = [pic]
Eélectrique = R.Elum2
Eélectrique = 0,15× 2,7 = 0,41 kW.h/m2/jour . Et pour une durée de 1 an ?
Eélectrique = 0,15× 2,7 × 365,25 = 1,5×102 kW.h/m2/an . Quelle est la surface de bitume à équiper pour couvrir la totalité des
besoins du pays en électricité ?
S = [pic]
S = [pic] = 3,2×109 m2
|km2 |hm2 |dam2 |m2 |
| | | | | | |1 | | |0, |0 |0 |0 |0 |0 |1 | |1 m2 = 10-6 km2 S = 3,2×103 km2 . Regard critique :
La valeur trouvée d'environ 3200 km2 semble assez faible au regard de la
surface de 17 000 km2 de routes et parkings en France. On se demande
pourquoi cette invention n'est-elle pas déployée plus largement ? . Objectif accessible ?
Il faudrait recouvrir [pic] = 0,19 = 19% des routes et parking de France
pour subvenir aux besoins en énergie électrique. Cela semble possible.
Mais il s'agit tout de même d'un énorme chantier dont le coût n'est pas
évoqué dans cette résolution de problème. Il est probable que cela coute
très cher. Il est nécessaire de relier ces routes au réseau électrique, or les routes
les plus éloignées des centres urbains sont les moins encombrées et donc
les plus productives ; mais ce sont les plus couteuses à relier au réseau. Enfin ne sont pas évoquées non plus les difficultés liées à l'intermittence
de l'éclairement solaire.
La nuit, les besoins en électricité sont importants or la route ne produit
plus d'énergie électrique.
Il faut trouver un dispositif efficace de stockage de l'énergie électrique.
C'est sans doute le problème majeur qui explique que cette excellente
invention soit encore si peu utilisée.
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[pic] = 4,8×1011 kW.h