Fiche de révision : Alternateurs et capteurs photovoltaïques

📋 Plan du Cours

1. Induction électromagnétique et alternateur
2. Fréquence et vitesse de rotation
3. Puissance et rendement des éoliennes
4. Énergie et pertes de l’alternateur
5. Absorption des capteurs photovoltaïques
6. Physique quantique et semi-conducteurs

📖 1. Induction électromagnétique et alternateur

★ À maîtriser

• Au XIXᵉ siècle, Faraday découvre le phénomène d’induction électromagnétique.

• Le mouvement d’un aimant dans une bobine de fil de cuivre fait apparaître une tension électrique aux bornes du conducteur et un courant qui le traverse.

• Un alternateur comprend un rotor mobile et un stator fixe.

• Un alternateur convertit l’énergie mécanique en énergie électrique.

Compléments

• Dans une hydrolienne, le courant d’eau fait tourner une turbine, qui entraîne le rotor à l’intérieur du stator de l’alternateur.

💡 Astuce mémo

Mouvement de l’aimant → tension induite dans la bobine

📖 2. Fréquence et vitesse de rotation

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence est l’inverse de la période : $f = \frac{1}{T}$.

📌 Quand la vitesse de rotation augmente, la fréquence du courant électrique augmente également.

Compléments

• À 1 000 tr/min, une période de 60 ms correspond à une fréquence d’environ 16,7 Hz.

• À 3 000 tr/min, une période de 20 ms correspond à une fréquence de 50 Hz.

📖 3. Puissance et rendement des éoliennes

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement est le rapport entre la puissance utile et la puissance fournie : $\eta = \frac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{fournie}}}$.

Compléments

• La puissance électrique produite par un groupe d’éoliennes est indiquée entre 75 et 200 MW.

📐 Formule - La puissance totale de 62 éoliennes de 8 MW chacune est $P_{\text{totale}} = 62 \times 8\ \text{MW} = 496\ \text{MW}$.

• Pour une puissance utile de 8 MW et une puissance fournie de 25,5 MW, le rendement est d’environ 0,34, soit 34 %.

📐 Formule - L’énergie produite est le produit de la puissance par la durée de fonctionnement : $E = P \times t$.

📖 4. Énergie et pertes de l’alternateur

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement électrique de l’alternateur est le rapport de l’énergie électrique obtenue à l’énergie reçue : $\eta = \frac{E_{\text{électrique}}}{E_{\text{reçue}}}$.

• L’énergie dissipée sous forme thermique et les frottements diminuent le rendement d’un alternateur.

Compléments

• Pour 4,30 unités d’énergie électrique obtenues à partir de 7,13 unités d’énergie reçue, le rendement indiqué est d’environ 60 %.

• Pour une énergie de 7,2 Wh et une puissance de 2 W, la durée calculée est de 3,6 h, soit 3 h 36 min.

📖 5. Absorption des capteurs photovoltaïques

★ À maîtriser

• Les semi-conducteurs absorbent l’énergie lumineuse et en convertissent une partie en énergie électrique.

Compléments

• Le rayonnement solaire considéré dans le cours couvre les longueurs d’onde de 400 à 800 nm.

• La combinaison des matériaux élargit la bande d’absorption jusqu’à un domaine de longueurs d’onde de 400 à 1 000 nm.

📖 6. Physique quantique et semi-conducteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Physique quantique : Étude de l’infiniment petit qui permet de déterminer des probabilités d’apparition.

★ À maîtriser

• Les niveaux d’énergie quantiques prennent des valeurs discrètes, et non toutes les valeurs possibles de façon continue.

📌 Un semi-conducteur possède une bande interdite mince, tandis qu’un isolant possède une bande interdite très grande.

• L’apport d’énergie radiative solaire à un matériau semi-conducteur permet de créer un courant électrique.

Compléments

• Une transition entre différents états d’énergie se traduit par l’émission d’un rayonnement lumineux associé à une longueur d’onde.

• Dans un matériau constitué d’un grand nombre d’atomes identiques, les différents niveaux d’énergie forment des bandes d’énergie.

📊 Tableaux de synthèse

Bande interdite des matériaux