Puissance Générée par un Panneau Solaire
Comprendre la Puissance Générée par un Panneau Solaire
Dans le cadre d’un projet de science à l’école sur les énergies renouvelables, une classe de troisième décide d’explorer le potentiel des panneaux solaires pour réduire la dépendance aux énergies fossiles. Le projet consiste à installer un petit panneau solaire sur le toit de l’école. Les élèves sont chargés de mesurer la quantité d’énergie que le panneau peut produire pendant une journée typique. La région où se trouve l’école bénéficie d’une irradiance solaire moyenne de 200 Watts par mètre carré. Le panneau utilisé a une surface de 1,5 mètres carrés et un rendement de 15%.
Données:
- L’irradiance solaire moyenne reçue est de 200 Watts par mètre carré.
- La surface d’un panneau solaire est de 1,5 mètres carrés.
- Le rendement du panneau solaire est de 15%.
Objectif :
Calculer la puissance électrique que le panneau peut générer et évaluer l’efficacité de l’utilisation de l’énergie solaire dans l’école.
Questions:
1. Calculer l’énergie solaire totale reçue par le panneau solaire par heure.
2. Déterminer la puissance électrique produite par le panneau solaire en watts.
Correction : Puissance Générée par un Panneau Solaire
1. Calcul de la puissance solaire totale reçue par le panneau solaire
Concepts de base : La puissance indique combien d’énergie arrive chaque seconde, elle est mesurée en watts (W). Un watt, c’est 1 joule par seconde. L’irradiance solaire (en W/m²) nous dit donc combien de watts arrivent sur chaque mètre carré de surface exposée au Soleil.
Pourquoi on multiplie ?
- Irradiance : \(E_{\rm irr} = 200\ \text{W/m}^2\) (puissance reçue par 1 m²).
- Surface : \(S = 1{,}5\ \text{m}^2\) (nombre de mètres carrés du panneau).
- Durée : \(\Delta t = 1\ \text{h}\) (temps de réception).
Formule
\[ E = E_{\rm irr} \times S \times \Delta t \]
Données
- \(E_{\rm irr} = 200\ \text{W/m}^2\)
- \(S = 1{,}5\ \text{m}^2\)
- \(\Delta t = 1\ \text{h}\)
Calcul
Résultat
Le panneau reçoit 300 Wh d’énergie solaire en une heure.
Remarque : 1 kWh = 1000 Wh ⇒ 300 Wh = 0,30 kWh. 1 Wh = 3600 J ⇒ 300 Wh = 1 080 000 J.
2. Détermination de la puissance électrique produite par le panneau
Notion de rendement : Le rendement \(\eta = 15\% = 0{,}15\) est la part d’énergie convertie en électricité. Sur 100 Wh reçus, 15 Wh sont transformés.
Nous allons :
- Calculer la puissance reçue : \(P_{\rm reçue} = E_{\rm irr} \times S\).
- Appliquer le rendement : multiplier par \(\eta\).
Formule
\[ P_{\rm elec} = P_{\rm reçue} \times \eta, \quad P_{\rm reçue} = E_{\rm irr} \times S \]
Données
- \(P_{\rm reçue} = 200\ \frac{\text{W}}{\text{m}^2} \times 1{,}5\ \text{m}^2 = 300\ \text{W}\)
- \(\eta = 0{,}15\)
Calcul
\[ P_{\rm elec} = 300\ \text{W} \times 0{,}15 \] \[ P_{\rm elec} = 45\ \text{W} \]
Résultat
Le panneau génère 45 W de puissance électrique.
Remarque :
Énergie produite en 1 h :
\[ E_{\rm elec} = P_{\rm elec} \times 1\ \text{h} = 45\ \text{Wh} \]
Vérifier les unités : 1 kWh = 1000 Wh, 1 Wh = 3600 J.
Puissance Générée par un Panneau Solaire
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