Partie 2 - Exercice A · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 1 remplacement 2025

Partie 2: Sciences physiques

EXERCICE A – Transition énergétique

Un propriétaire réalise un logement parallélépipédique et installe vingt panneaux photovoltaïques sur le toit pour en assurer l'alimentation électrique.

Données:

les panneaux photovoltaïques ont une surface de $S = 2,0\ \text{m}^2$ chacun et leur rendement énergétique est de $20\ \%: r = \frac{P_{\text{électrique fournie}}}{P_{\text{lumineuse reçue}}}$;

sur une année, l'énergie surfacique moyenne du rayonnement solaire au niveau du sol est $E_{\text{sol}} = 1,3\ \text{MWh}\cdot\text{m}^{-2}$;

célérité de la lumière dans le vide: $c = 3,0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}$;

constante de Planck: $h = 6,6 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}$;

pour un photon d'énergie $E$ et de longueur d'onde $\lambda: E = \frac{hc}{\lambda}$.

Pour que l'effet photovoltaïque se manifeste dans le matériau semi-conducteur utilisé dans ces panneaux, un photon incident doit avoir une énergie de valeur supérieure ou égale à $E_{\min} = 1,8 \times 10^{-19}\ \text{J}$.

Q1.

Calculer la longueur d'onde $\lambda$ associée à cette valeur d'énergie.

Q2.

Situer cette longueur d'onde dans le spectre des ondes électromagnétiques par rapport à celles définissant le domaine visible.

Q3.

Déterminer si les photons associés aux ondes électromagnétiques constituant le spectre visible auront une énergie suffisante pour permettre cet effet photovoltaïque.

Q4.

Exprimer la valeur de l'énergie lumineuse moyenne reçue par un panneau photovoltaïque en un an et montrer qu'elle vaut environ $2,6\ \text{MWh}$.

Q5.

Exprimer puis donner la valeur de l'énergie électrique fournie par les vingt panneaux en un an.