Exercice 2 - Énergie transportée par la lumière · Bac STI2D Physique-Chimie et Mathématiques Métropole remplacement 2023

EXERCICE 2 (physique-chimie)

Alimentation d'un moteur par un panneau photovoltaïque

On désire alimenter une pompe de piscine à l'aide d'un panneau photovoltaïque. On réalise pour cela une maquette miniaturisée constituée d'un panneau photovoltaïque, d'un moteur et d'une batterie.

Choix d'un moteur

On souhaite alimenter un moteur avec le panneau photovoltaïque étudié précédemment. Pour choisir le moteur adéquat, on réalise le montage suivant permettant de tracer la courbe représentant l'intensité en fonction de la tension d'un moteur.

Le document 2 ci-dessous montre les caractéristiques courant-tension de deux moteurs différents (notés A et B), ainsi que celle du panneau photovoltaïque:

Étude du panneau photovoltaïque

Q1.

Indiquer quelles sont les formes d'énergie mises en jeu dans la conversion photovoltaïque.

On donne la courbe représentant la puissance électrique $P$ fournie par le panneau en fonction de la tension à ses bornes, notée $U$:

Q2.

Sachant que les mesures ont été effectuées avec une irradiance qui vaut $1100\text{ W}\cdot\text{m}^{-2}$ et que l'aire du panneau photovoltaïque est $S = 6{,}4 \times 10^{-2}\text{ m}^2$, montrer que le rendement maximal du panneau photovoltaïque vaut environ 4 %.

%

Choix d'un moteur

On souhaite alimenter un moteur avec le panneau photovoltaïque étudié précédemment. Pour choisir le moteur adéquat, on réalise le montage suivant permettant de tracer la courbe représentant l'intensité en fonction de la tension d'un moteur.

Q3.

À l'aide du document 2, préciser les coordonnées (tension et intensité) des points de fonctionnement des moteurs A et B connectés au panneau photovoltaïque.

Point de fonctionnement du moteur A:

Point de fonctionnement du moteur B:

Q4.

Choisir, parmi les moteurs A et B, celui qui permet de se rapprocher le plus du rendement maximal du panneau photovoltaïque. Justifier.