E3C VERS LE BAC
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man
22 Le projet Solar Impulse 2
Entre mars 2015 et juillet 2016, l'avion suisse Solar Impulse 2 est le premier avion à effectuer
un tour du monde grâce à la seule énergie solaire.
L'énergie d'un photon est
donnée par la relation:
һх с
E
• Surface des cellules : S = 270 m
. 4 moteurs électriques de
puissance P17,5 cv chacun
. 4 blocs de batteries d'énergie
E = 38,5 kWh chacun
. Masse de l'avion : m=2300 kg
Vitesse maximale :
V = 140 kmh
. Le jour, l'avion est soumis à une
puissance solaire surfacique
moyenne de valeur 1,00 kW.m?
avec E l'énergie du photon
(en joules); h la constante
de Planck et cla célérité de
la lumière dans le vide.
h = 6,63 x 10 *J.S
C3,0 x 10 m.s!
1 eV = 1,60 x 10"
Doc 1. Quelques données techniques de l'avion
I Doc 2. L'énergie d'un photon
Puissance lumineuse (en W mum)
Courbe spectrale du rayonnement solaire
2000
-Spectre solaire
1500-
Exces d'énergie perdue sous
forme de chaleur (33 %)
Le graphique représenté ci-contre indique que :
- si l'énergie des photons est supérieure
à E= 1,12 eV (appelée « gap du silicium »),
ceux-ci peuvent extraire des électrons de la
cellule qui conduiront le courant électrique
dans le circuit extérieur à la cellule. L'énergie
excédentaire sera perdue : elle représente
33 % de l'énergie radiative solaire ;
- si l'énergie des photons est inférieure
à E= 1,12 eV, ceux-ci ne pourront être
absorbés.
1000 -
-Photons à faible niveau
d'énergie énergie non
récupérable
500
Energie
utilisable
0
0,2
0,5
1,0
1,5
2,0
Longueur d'onde a len uum)
Doc 3. Les photons potentiellement utiles
Partie 1 : le vol de jour
5. (ANALYSER) Quel type d'énergie propulse l'avion durant
le vol de jour ? Que permet la recharge des batteries?
Partie 2: les cellules photovoltaïques en silicium
monocristallin
1. (CALCULER] Calculer la valeur de la puissance solaire P
reçue par l'ensemble des cellules solaires de l'avion.
2. [ANALYSER, CALCULER) Le rendement des cellules
est défini par la relation: n=
P
avec P la puissance électrique fournie et P, la puissance
radiative reçue. Montrer que les cellules photovoltaiques
peuvent fournir une puissance électrique de valeur
P. = 62,1 kW. Donnée : n = 23,0 %.
3. (ANALYSER, CALCULER] Cette puissance est-elle
suffisante pour faire fonctionner les quatre moteurs à plein
régime? Donnée: 1 cv (cheval-vapeur) =0,736 kW.
4.(CALCULER) En moyenne, un quart de la puissance
électrique produite est utilisée pour la recharge
des batteries. Montrer qu'une durée At = 10 heures
d'exposition solaire est nécessaire à la recharge totale des
batteries de l'avion.
6. ANALYSER) Le rendement de la cellule en silicium
monocristallin, soit n = 23,0 %, est actuellement l'un des
meilleurs pour une cellule photovoltaique. Ce rendement
peut-il être qualifié de bon pour un convertisseur
d'énergie ? Justifier la réponse.
7. (CALCULER, ANALYSER) Déterminer la longueur d'onde
(en nm) du photon dont l'énergie est égale à E Dans quel
domaine d'ondes se situe cette radiation ?
8. [ANALYSER) D'après le graphique, quelles sont les
longueurs d'onde des photons potentiellement utiles à la
production de courant électrique par ce type de cellule ?
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