QCM : Alternateurs et cellules photovoltaïques (17 questions)

Explication

Le rayonnement solaire qui atteint le sol s’étend du proche ultraviolet au proche infrarouge. Les ultraviolets lointains, le visible comme limite basse et l’infrarouge lointain décrivent chacun un intervalle différent.

Explication

Le silicium est largement employé parce qu’il est relativement abondant dans la croûte terrestre et moins coûteux que plusieurs autres semi-conducteurs. L’abondance dans l’atmosphère est une confusion de lieu, le rendement supérieur garanti n’est pas la raison indiquée, et la rareté ainsi que le coût élevé inversent les faits.

Explication

Comme une grande part de l’énergie solaire reçue se trouve dans le visible, le semi-conducteur doit en absorber une part importante. Les ultraviolets lointains et l’infrarouge lointain déplacent l’attention hors de la zone énergétique mise en avant, tandis que réfléchir le visible empêche de l’absorber.

Explication

Quand l’énergie du photon suffit à franchir la bande interdite, un électron passe de la bande de valence à la bande de conduction et devient mobile, ce qui permet un courant. Le passage inverse ne correspond pas à l’excitation décrite, le chevauchement caractérise les conducteurs, et c’est l’électron, non le photon, qui devient mobile.

Explication

Le rendement vaut $\eta = \frac{50}{250} \times 100 = 20\,\%$. Le rapport inversé donne $500\,\%$, l’oubli du facteur cent donne $0{,}2\,\%$ et la soustraction donne $200\,\text{W}$, pas un rendement.

Explication

Puisqu’une partie de l’énergie lumineuse reçue n’est pas convertie en électricité, le rendement photovoltaïque est inférieur à $100\,\%$. Un rendement de $100\,\%$ suppose une conversion complète, dépasser cette valeur confond les pertes thermiques avec une production électrique supplémentaire, et la tension n’est pas nécessaire pour cette conclusion.

Explication

L’effet photovoltaïque permet à un semi-conducteur de convertir une partie de l’énergie radiative reçue en énergie électrique. L’énergie mécanique relève d’une autre forme d’entrée, la chaleur correspond à une perte, et convertir l’électricité en lumière inverse le processus décrit.

Explication

Le rendement se calcule en divisant la puissance électrique utile par la puissance mécanique reçue, soit $\eta = \frac{350}{500}$. L’inversion donne le rapport réciproque, la soustraction ne donne pas un rendement, et 150 W représente la différence entre les puissances plutôt que la puissance mécanique reçue.

Explication

Un alternateur transforme une partie de l’énergie mécanique de rotation en énergie électrique grâce à l’induction électromagnétique. Le panneau photovoltaïque convertit le rayonnement, tandis que le moteur réalise la conversion inverse entre électricité et mouvement.

Explication

Le mouvement relatif entre l’aimant et la bobine fait varier le flux magnétique et induit une tension. Un déplacement commun ne crée pas le mouvement relatif requis, et le contact direct n’est pas le mécanisme d’induction.

Explication

Le rotor est la partie tournante qui crée le mouvement relatif nécessaire à l’induction; le stator est la partie fixe et peut porter les bobines. Inverser les noms confond leurs rôles, et l’électroaimant désigne une source de champ magnétique, pas la partie fixe.

Explication

Le courant électrique est produit par le déplacement d’électrons quasi libres dans un milieu conducteur sous l’action d’une tension. Le déplacement de protons ou d’atomes confond les porteurs de charge avec les constituants du matériau, tandis qu’une tension seule ne décrit pas le déplacement des électrons.

Explication

Sous une tension alternative sinusoïdale, les électrons oscillent dans les deux sens autour de leur position moyenne. Le déplacement vers la borne positive caractérise la tension continue; une inversion de polarité continue ne décrit pas une oscillation périodique.

Explication

Le rendement compare la puissance électrique utile produite à la puissance mécanique reçue. Inverser les puissances inverse le rapport, confondre leurs types ne définit pas le rendement, et une différence ou une somme n’est pas le rapport demandé.

Explication

Le rendement est inférieur à 100 % notamment parce qu’une partie de l’énergie est dissipée sous forme de chaleur par effet Joule, par frottements mécaniques et par pertes magnétiques. Le stockage dans le rotor n’explique pas ces pertes, les frottements ne produisent pas de courant supplémentaire, et l’énergie ne cesse pas d’exister.

Explication

La puissance estimée se calcule avec $P_{\text{électrique}} \approx \eta \times E \times S$ : $0,20 \times 800 \times 15 = 2\,400$ W. Le résultat de 12 000 W omet le rendement, celui de 240 W correspond à une mauvaise conversion du pourcentage et 815 W vient d’une addition.

Explication

Une puissance théorique supérieure à la consommation instantanée ne suffit pas à établir l’autonomie sur une journée ou une année, car la production varie dans le temps et est nulle la nuit. Conclure à l’autonomie journalière confond un instant avec une durée, tandis que les deux conclusions sur l’année ou la nuit supposent une production continue.