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Thème 1 : Science, climat et société
Introduction
Ch. 1
L'atmosphère terrestre et la vie
Ch. 2
La complexité du système climatique
Ch. 3
Le climat du futur
Ch. 4
Énergie, développement et futur climatique
Objectif Bac : Thème 1
Thème 2 : Le futur des énergies
Introduction
Ch. 5
Deux siècles d’énergie électrique
Ch. 6
Les atouts de l’électricité
Ch. 7
Optimisation du transport de l’électricité
Ch. 8
Choix énergétiques et impacts
Objectif Bac : Thème 2
Thème 3 : Une histoire du vivant
Introduction
Ch. 9
La biodiversité et son évolution
Ch. 10
L’évolution, une grille de lecture du monde
Ch. 11
L’évolution humaine
Ch. 12
Les modèles démographiques
Ch. 13
De l’informatique à l’intelligence artificielle
Objectif Bac : Thème 3
Livret maths
Fiches méthode
Annexes
Chapitre 5
Exercices
Le coin des experts
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11Cellule photovoltaïque du futur
En 2015, des chercheurs de l'université de l'État du Michigan (MSU) ont réussi à créer un prototype de cellule photovoltaïque transparente : le matériau utilisé absorbe les rayonnements UV et IR, mais laisse passer le rayonnement visible (doc. 1). Ces cellules sont constituées de fines couches transparentes de polymères organiques qui convertissent l'énergie radiative en électricité.
Ainsi, ce type de cellule photovoltaïque peut être monté sur une surface transparente telle qu'une fenêtre ou un écran de smartphone sans obstruer le passage de la lumière. Bien que le rendement de conversion soit encore faible, il a été multiplié par trois en quelques années, pour atteindre près de 10 % en 2019.
Le doc. 2 montre le spectre d'absorption (courbe bleue) d'une cellule photovoltaïque conventionnelle. La courbe orange correspond au spectre radiatif du Soleil reçu sur Terre. On remarque que ce type de cellule n'absorbe pas les rayonnements dont la longueur d'onde est supérieure à 1 200 nm et inférieure à 400 nm environ.
Ainsi, ce type de cellule photovoltaïque peut être monté sur une surface transparente telle qu'une fenêtre ou un écran de smartphone sans obstruer le passage de la lumière. Bien que le rendement de conversion soit encore faible, il a été multiplié par trois en quelques années, pour atteindre près de 10 % en 2019.
Le doc. 2 montre le spectre d'absorption (courbe bleue) d'une cellule photovoltaïque conventionnelle. La courbe orange correspond au spectre radiatif du Soleil reçu sur Terre. On remarque que ce type de cellule n'absorbe pas les rayonnements dont la longueur d'onde est supérieure à 1 200 nm et inférieure à 400 nm environ.
Doc. 1
Principe de fonctionnement des cellules photovoltaïques transparentes.
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Doc. 2
Spectre d'absorption d'une cellule conventionnelle.
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Doc. 3
Spectre d'émission radiatif du Soleil.
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Ressource complémentaire
Découvrez une vidéo sur les cellules photovoltaïques de demain :
1.
Doc. 1
Donner l'intervalle de longueur d'onde correspondant au domaine UV et au domaine IR.
2. Doc. 2 Dessiner l'allure de la courbe d'absorption d'une cellule photovoltaïque transparente au rayonnement visible, mais qui absorbe le rayonnement IR et UV.
3. Une entreprise a réussi à produire une cellule photovoltaïque transparente capable de produire 0,72 W d'énergie électrique lorsqu'elle reçoit une énergie lumineuse de 1 000 W⋅m-2. Les dimensions de cette cellule sont 8,0 cm × 12,5 cm. Calculer son rendement.
4. Comparer la valeur obtenue avec le rendement moyen de cellules conventionnelles.
5. Pourquoi la faible valeur du rendement n'est-elle pas forcément un problème avec ce type de cellule photovoltaïque ?
2. Doc. 2 Dessiner l'allure de la courbe d'absorption d'une cellule photovoltaïque transparente au rayonnement visible, mais qui absorbe le rayonnement IR et UV.
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3. Une entreprise a réussi à produire une cellule photovoltaïque transparente capable de produire 0,72 W d'énergie électrique lorsqu'elle reçoit une énergie lumineuse de 1 000 W⋅m-2. Les dimensions de cette cellule sont 8,0 cm × 12,5 cm. Calculer son rendement.
4. Comparer la valeur obtenue avec le rendement moyen de cellules conventionnelles.
5. Pourquoi la faible valeur du rendement n'est-elle pas forcément un problème avec ce type de cellule photovoltaïque ?
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FComparaison
✔ Savoir exploiter la caractéristique d'une cellule photovoltaïque
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Un fabricant de panneaux solaires annonce les caractéristiques suivantes pour un éclairement de 1 000 W⋅m -2 :
1. Au bout de combien de jours l'énergie délivrée par un champ de panneaux solaires dont la surface totale des cellules photovoltaïques est de 1,0 km2 sera-t-elle égale à l'énergie délivrée en 1 jour par la centrale nucléaire ? On considère que les panneaux solaires fonctionnent en moyenne 12 heures par jour.
2. Pour un éclairement moyen de 1 000 W⋅m-2, déterminer la surface de panneaux solaires nécessaire pour fournir la même puissance que celle délivrée par le réacteur nucléaire.
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Un fabricant de panneaux solaires annonce les caractéristiques suivantes pour un éclairement de 1 000 W⋅m -2 :
- surface d'une cellule : 0,200 m2 ;
- tension et intensité maximales : 15,5 V et 1,2 A.
Doc.
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2. Pour un éclairement moyen de 1 000 W⋅m-2, déterminer la surface de panneaux solaires nécessaire pour fournir la même puissance que celle délivrée par le réacteur nucléaire.
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GAlternateur bouteille/alternateur moyeu
✔ Définir le rendement d'un alternateur et citer un phénomène susceptible de l'influencer
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Un alternateur bouteille est un alternateur dont la rotation est assurée par l'une des roues du vélo avec laquelle elle est en contact. Depuis une dizaine d'années, les bicyclettes sont dotées d'un nouveau type alternateur : l'alternateur moyeu. Ce type d'alternateur est placé directement dans l'axe de rotation de la roue de vélo. Une cycliste roulant à une vitesse moyenne de 20 km⋅h-1 développe une puissance de 310 W. On estime que 2 % de cette puissance est transférée à la roue et sert à mettre en rotation l'alternateur.
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Un alternateur bouteille est un alternateur dont la rotation est assurée par l'une des roues du vélo avec laquelle elle est en contact. Depuis une dizaine d'années, les bicyclettes sont dotées d'un nouveau type alternateur : l'alternateur moyeu. Ce type d'alternateur est placé directement dans l'axe de rotation de la roue de vélo. Une cycliste roulant à une vitesse moyenne de 20 km⋅h-1 développe une puissance de 310 W. On estime que 2 % de cette puissance est transférée à la roue et sert à mettre en rotation l'alternateur.
Doc. 1
Images interactives
a
b
Un alternateur bouteille a et un alternateur moyeu b
Doc. 2
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Si on estime que 2 % de la puissance développée par un cycliste est transmise à la roue, quelle serait la puissance développée par le cycliste roulant sur un vélo muni d'une dynamo moyeu dont le rendement est de 80 %, permettant d'alimenter une lampe de 4 W et de charger un smartphone nécessitant une puissance de 5 W ?
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