Énergie solaire

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : Utilisation de l'énergie et optimisation de sa gestion
Type : Partie 2 | Année : 2013 | Académie : Antilles, Guyane
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Énergie solaire
 
 

Le défi énergétique

sci1_1306_04_02C

Physique-chimie

22

CORRIGE

 

Antilles, Guyane • Juin 2013

Le défi énergétique • 6 points

Document 1

L’énergie solaire

Le Soleil est à l’origine de nombreuses ressources énergétiques exploitées sur Terre (énergie solaire, énergies fossiles…). L’énergie solaire possède l’énorme avantage d’être inépuisable à l’échelle de la durée de vie du Soleil, soit 5 milliards d’années. En plus, cette énergie est extraordinairement abondante, puisque l’irradiation que le Soleil fait parvenir sur la Terre chaque année représente plus de 10 000 fois la consommation mondiale actuelle d’énergie primaire, toutes formes et tous usages confondus.

Il existe de nombreuses façons d’utiliser efficacement l’énergie solaire directe pour nos besoins. […] La plus connue est l’utilisation passive de l’énergie du Soleil qui va, par exemple, réchauffer notre maison en passant par les fenêtres et en restant stockée dans les murs. Il est donc nécessaire, pour optimiser cet apport gratuit de chaleur, de renforcer l’isolation du bâtiment. L’énergie solaire va aussi permettre de chauffer de l’eau à destination des usages sanitaires ou du système de chauffage d’une maison grâce à des capteurs solaires thermiques. […] Il est également possible de produire de l’électricité à partir de l’énergie solaire en utilisant des panneaux photovoltaïques.

Document 2

Produire son électricité

En produisant de l’électricité chez vous, de façon décentralisée, modulable et non polluante, vous participez à la limitation des pollutions et des rejets de gaz à effet de serre.

Jouez la carte du solaire !

C’est l’énergie renouvelable la plus facilement valorisable pour vous. Le dispositif de production le plus courant est le solaire photo­voltaïque. En effet, 25 m2 de modules peuvent produire en un an l’équivalent de la consommation électrique (hors chauffage, cuisine et eau chaude) d’une famille de quatre personnes, soit environ 2 500 kWh.

La production électrique individuelle prend tout son sens quand elle s’intègre dans une démarche de maîtrise des consommations d’énergie : utilisation d’équipements électriques performants, suppression des veilles inutiles, habitudes d’économies d’énergie. Et tout cela, bien sûr, dans le cadre d’une maison énergétiquement performante.

C’est en général sur le toit de votre maison que vous trouverez la place nécessaire (10 à 30 m2) à l’installation de modules photovoltaïques. Mais vérifiez la bonne orientation de votre toit : au sud, c’est l’idéal (pour l’hémisphère Nord). Sud-est ou sud-ouest, c’est encore possible.

D’après ecocitoyens.ademe.fr

Document 3

Cellule photovoltaïque au silicium

Le rendement d’une cellule photovoltaïque au silicium reste faible, voisin de 15 %. Le silicium, abondant sur Terre, constitue 28 % de l’écorce terrestre. Son extraction, sa purification et la technologie mise en œuvre pour réaliser les cellules restent coûteuses.


 

>1. Le document 1 mentionne les énergies fossiles.

a) Citez deux sources d’énergie fossile.

b) Donnez deux arguments en faveur d’une diminution de l’utilisation des énergies fossiles.

>2. D’après le document 2, la consommation électrique annuelle d’une famille de quatre personnes vaut « 2 500 kWh ».

Cochez uniquement la réponse exacte.

La valeur 2 500 kWh correspond à :

l’énergie consommée en une heure.

la puissance consommée en une heure.

l’énergie consommée en un an.

la puissance consommée en un an.

>3. Le document 1 différencie trois types d’énergies solaires : le solaire passif, le solaire thermique et le solaire photovoltaïque.

Cochez uniquement la réponse exacte.

Dans une maison exposée plein sud équipée de panneaux photo­voltaïques et de capteurs solaires thermiques, l’énergie solaire utilisée pour faire fonctionner un téléviseur est :

le solaire thermique.

le solaire passif.

le solaire photovoltaïque.

aucun des trois.

>4. D’après le document 3 :

a) Quelle est la quantité d’énergie produite par un panneau photo­voltaïque au bout d’un an ?

b) Au bout de combien d’années un panneau photovoltaïque est-il rentable, d’un point de vue énergétique ?

>5. Dans le document 2, on peut lire que les panneaux photovoltaïques permettent de produire de l’électricité de « manière non polluante ». Commentez et critiquez cette phrase en utilisant les documents et en vous appuyant sur vos connaissances.

Interpréter les questions

  • La question 1 porte sur les énergies fossiles et leurs inconvénients.
  • Les questions 2, 3 et 4 impliquent des informations puisées dans les trois documents. Il suffit de bien lire ces documents pour pouvoir y répondre.
  • La dernière question vous demande de trier les arguments pour et contre les panneaux photovoltaïques à partir des documents 2 et 3.

Comprendre les documents

  • Les documents 1 et 2 informent sur l’énergie solaire et les panneaux photovoltaïques, leur utilisation, installation et capacité de production d’énergie.
  • Le document 3 apporte des données sur la fabrication des cellules qui constituent ces panneaux, sur l’énergie nécessaire à la conception des panneaux ainsi que sur leur recyclage.

Ces documents contiennent énormément d’informations. Il faut souligner les mots clés lorsque vous les lisez.

Organiser les réponses

La première question fait appel à vos connaissances du cours, mais ne demande pas une longue rédaction. Pour répondre aux trois questions qui suivent, il faut chercher les réponses dans les documents fournis et faire un calcul simple (question 4).

Pour répondre à la question 5, il faut énumérer les qualités et les inconvénients des panneaux photovoltaïques et, à partir de là, extrapoler à ceux de l’énergie solaire, notamment son utilisation assez coûteuse et peu rentable. Le document 3 indique quelques inconvénients liés aux panneaux photovoltaïques, et vous devez les développer à l’aide de vos connaissances. Cette question demande une courte rédaction, n’oubliez donc pas de bien gérer votre temps.

Corrigé

>1.a) On peut citer le charbon et le gaz naturel comme deux exemples d’énergies fossiles.

b) L’inconvénient des énergies fossiles est qu’elles sont productrices de gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone, et que leurs réserves diminuent : elles sont non renouvelables.

>2. La valeur 2 500 kWh correspond à l’énergie consommée en un an.

>3. Dans une maison exposée plein sud, équipée de panneaux photovoltaïques et de capteurs solaires thermiques, l’énergie solaire utilisée pour faire fonctionner un téléviseur est le solaire photovoltaïque.

>4. a) D’après le document 3, l’énergie produite en un an par un panneau photovoltaïque est de 100 kWh.

b) La fabrication d’un panneau nécessite une énergie de 250 kWh, ce même panneau produisant 100 kWh d’énergie par an. On peut donc dire qu’il sera rentable au bout de 250 / 100 = 2,5 ans.

>5. Même si les panneaux photovoltaïques produisent de l’électricité sans polluer, et qu’ils puisent leur énergie à partir d’une source non épuisable (le Soleil), on constate d’après le document 3 que leur fabrication nécessite l’utilisation de produits toxiques et consomme de l’énergie, laquelle peut être polluante. D’autre part, la matière première utilisée pour la fabrication des panneaux ainsi que les matériaux nécessaires à leur installation impliquent l’usage de transports susceptibles de produire des gaz à effet de serre.

D’après ce document 3, on peut également dire que, malgré l’abondance du silicium sur Terre, son extraction et la fabrication des cellules photo­voltaïques restent très coûteuses alors que le rendement d’une cellule est faible (de l’ordre de 15 %)

Le document 2 nous rappelle aussi que ces panneaux sont encombrants et nécessitent une bonne exposition, ce qui ne joue pas en leur faveur.