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Spécialité EXERCICE 3. AUTONOMIE ÉLECTRIQUE D'UNE MAISON PASSIVE (5 points) Question préalable : (2 points)
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. Puissance de crête du panneau :
Sur la courbe intensité-tension, on lit Iopt = 15×3,8/7,2 = 7,9 A et Uopt =
200×3,5/5,7 = 123 V
Échelle des intensités : 7,2 cm ? 15 A
3,8 cm ? Iopt
Échelle des tensions : 5,7 cm ? 200 V
3,5 cm ? Uopt On peut calculer la puissance de crête : Popt = Uopt.Iopt
Popt = 123 × 7,9 = 9,7×102 W Rendement : rapport de la puissance crête sur la puissance lumineuse reçue
par le panneau
de 12 m²
? = [pic]
? = [pic] = 0,13 = 13% Problème (3 points)
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'installation de panneaux photovoltaïques sur le toit permettrait-elle de
couvrir les besoins en énergie de cette habitation ? Remarques préliminaires : les résultats de tous les calculs intermédiaires
sont stockés en mémoire de la calculatrice, ainsi on travaille sans
arrondir (même si sur la copie on écrit des valeurs arrondies).
Par ailleurs, il est important de structurer la rédaction, en indiquant
clairement par des titres les étapes du raisonnement. Puissance lumineuse par unité de surface :
L'ensoleillement annuel moyen à Brest est indiqué sur la carte, il vaut E =
1310 kWh/m². Il s'agit d'une énergie par unité de surface.
À Brest, la durée d'ensoleillement est de ?t = 1530 h. E = P . ?t
On peut en déduire la puissance lumineuse par unité de surface : P = [pic].
P = [pic] = 0,8562 kW = 856,2 W/m²
Rendement des panneaux solaires :
On refait la démarche employée dans la question préliminaire.
- Puissance de crête :
On va utiliser la courbe intensité-tension correspondant à une puissance
lumineuse par unité de surface de 800 W/m², car c'est la plus proche de la
valeur calculée. Sur la courbe intensité-tension, on lit Iopt = 15×5,2/7,2 = 11 A et Uopt =
200×3,6/5,7 = 126 V
Les valeurs non arrondies sont stockées en mémoire de la calculatrice.
Popt = Uopt.Iopt
Popt = 126 × 11 = 1368 W = 1,4×103 W avec deux chiffres significatifs.
calcul avec Uopt et Iopt non arrondies - rendement dans ces conditions :
? = [pic]
? = [pic] = 0,13 = 13% le rendement n'a pas varié.
Cette étape du raisonnement n'était pas utile. Énergie électrique produite par m² de panneaux :
Ensoleillement à Brest : E = 1310 kWh/m²
En tenant compte du rendement de 13%, ? = [pic] l'énergie électrique
produite par 1 m² de panneaux solaire est Eélectrique = ? . Ensoleillement Eélectrique = 0,13 × 1310 = 1,7×102 kWh/m² par an Surface des panneaux solaires :
On considère que la moitié de la toiture est orientée au sud, soit 50 m².
La surface de la toiture permet d'installer [pic] = 4 panneaux solaires de
12 m².
Ainsi la surface des panneaux solaires est égale à S = 4×12 = 48 m². Énergie électrique produite par les panneaux :
Epanneaux = Eélectrique . S
Epanneaux = 1,7×102 × 48 = 8,4×103 kWh par an
Conclusion :
On obtient une valeur très proche de celle des besoins de 8400 kWh par an.
Cependant on manque de chiffres significatifs sur le rendement et sur la
surface pour donner une valeur au kWh près.
Le rendement réel doit être légèrement supérieur à celui calculé avec la
courbe de 800 W/m².
On peut conclure que les panneaux solaires produisent suffisamment
d'électricité pour couvrir les besoins.