CHAPITRE ENERGIE SOLAIRE

Chapitre 1 : L'énergie solaire.

Produit par la réaction thermonucléaire au coeur de l'étoile, le soleil déverse son énergie dans le

système solaire, sous forme de lumière.

Même si cette énergie nous arrive très diluée par rapport à l'émission du soleil, elle représente

quand même environ un puissance surfacique de 1350 W/m² avant d'arriver sur Terre.

I) L'énergie reçue par le sol.

a) Les pertes avant le sol.

Entre le moment où la lumière du soleil arrive au niveau de

la Terre et le moment où elle touche le sol une partie de cette

énergie est perdue.

Une partie est directement réfléchie vers l'espace au moment

les rayons vont pénétrer l'atmosphère.

Une partie est absorbée par l'atmosphère qui va s'échauffer.

Ainsi sur les 1350 W/m², il ne reste au mieux qu'environ

1000 W/m² au niveau du sol.

b) Puissance moyenne.

Les 1000 W/m² ne sont évidemment pas toujours reçus par le sol.

Les nuages, l'alternance jour/nuit, la latitude l'alternance de saison, vont faire qu'en moyenne sur un

an, la puissance moyenne reçue par le sol sera comprise entre 85 et 300 W/m².

*** Calculer les valeurs extrêmes (minimum et maximum) de l'énergie reçue par 1 m² de sol en un

an. (On donnera le résultats en Joules et en kWh).

Correction:

→ E=P×t=85×3600×24×365=2,68×109 J=744,6 kWh

→ E=P×t=300×3600×24×365=9,46×109 J=2628 kWh

L'énergie reçue par le sol est comprise entre 745 et 2628 kWh par ans

c) Le potentiel énergétique.

Le potentiel énergétique correspond à l'énergie dont on disposerait si on réussissait à capter 100%

de l'énergie (ici solaire).

On rappelle que la puissance correspond à la quantité d'énergie consommée/produite etc.. chaque

seconde.

P=Et

Ainsi 1 W = 1 J/s

Puissance en Watt (W)

Énergie en Joules (J)

Temps en seconde (s)

On peut également utiliser comme unité

d'énergie le Wattheure (Wh) qui correspond

à l'énergie obtenue si on a une puissance de 1

Watt pendant 1 heure.

On obtient 1 Wh = 3600 J

Les valeurs de l'énergie solaire annuelle reçu

par la Terre est donc comprise entre 750 et

2500 kWh/m²

*** En considérant que la France à une surface de 550 000 km² et une énergie solaire moyenne

disponible d'environ 1300 kWh/m².an, déterminez la valeur de l'énergie solaire reçue par la France

chaque année.

*** Comparer cette valeur à la consommation d'énergie de la France en 2010 qui était de l'ordre de

170 millions de tep

NB : 1 tep (tonne équivalent pétrole) = énergie produite par la combustion d'une tonne de pétrole =

11630 kWh.

Correction:

550 000 km2=550 000 000 000 m2

Ereçue=1300×550×109=715×1012 kWh

Econsommée=170×106×11630=1,98×1012 kWh

L'énergie solaire reçue par la France est environ 375 supérieure à l'énergie consommée chaque

année.

Si on pouvait capter seulement 0,3% de cette énergie, cela suffirait à alimenter la France en énergie.

II) Les capteurs thermiques.

L'énergie solaire peut être utilisée de plusieurs manières dans l'habitat. Une des manière les plus

simple est d'utiliser l'échauffement obtenu lorsque la lumière éclaire une surface.

On peut l'utiliser simplement par l'intermédiaire des vitres pour chauffer la maison de manière

passive. Ou utiliser un capteur qui va servir à chauffer l'eau sanitaire ou l'eau du système de

chauffage.

a) Le principe.

On souhaite transformer l'énergie lumineuse en énergie

thermique. → Le plus simple est de prendre une plaque noire

qui va s'échauffer au soleil.

Pour améliorer le dispositif, on place une couche antireflet sur

la plaque et une plaque de verre au dessus (la plaque de verre va

empêcher les infrarouges de repartir) cela va augmenter la

température.

Pour utiliser la chaleur, il reste à faire couler un liquide caloporteur (qui porte la chaleur) sur ou

sous la plaque et se liquide va se réchauffer.

NB : Le liquide est souvent un mélange d'eau et de glycol. L'eau est un très bon fluide caloporteur

mais il peut geler. Le glycol est un alcool qui va empêcher l'eau de geler.

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