QCM : Énergie solaire et photovoltaïque (18 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Concernant le principe de conversion photovoltaïque :

La création de charges excitées dans le matériau précède leur collecte.
La conversion photovoltaïque produit l’électricité en collectant des charges non excitées par la lumière.
La conversion photovoltaïque transforme l’énergie lumineuse en énergie électrique.
La puissance électrique se calcule en multipliant l’intensité du courant par la tension.
La puissance électrique se calcule en divisant la tension par l’intensité du courant.

La création de charges excitées dans le matériau précède leur collecte. · La conversion photovoltaïque transforme l’énergie lumineuse en énergie électrique. · La puissance électrique se calcule en multipliant l’intensité du courant par la tension.

Explication

La conversion photovoltaïque convertit l’énergie lumineuse en énergie électrique en créant puis collectant des charges excitées. La puissance électrique vaut Pe=I×VP_e = I \times V ; la division indiquée dans une proposition ne correspond pas à cette relation.

2. Une cellule absorbe la lumière visible, mais ses charges se recombinent facilement pendant leur transport. Concernant les conditions de conversion photovoltaïque, quelles propositions sont exactes ?

Son matériau doit absorber les longueurs d’onde solaires ultraviolettes.
Une asymétrie spatiale ou électrique facilite le transport des charges dans le convertisseur.
Son rendement se calcule en divisant la puissance électrique par la puissance lumineuse reçue.
La conception doit favoriser la relaxation des charges pendant leur collecte.
L’absorption des longueurs d’onde visibles suffit à assurer le transport des charges.

Une asymétrie spatiale ou électrique facilite le transport des charges dans le convertisseur. · Son rendement se calcule en divisant la puissance électrique par la puissance lumineuse reçue.

Explication

Le matériau absorbant doit capter les longueurs d’onde solaires visibles. Une asymétrie spatiale ou électrique facilite le transport des charges, et le rendement est le rapport de la puissance électrique à la puissance lumineuse reçue. La conception doit limiter la relaxation des charges pendant leur transport et leur collecte ; l’absorption seule ne garantit pas leur transport.

3. Pour assurer l’asymétrie d’une cellule photovoltaïque, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Des contacts sélectifs peuvent contribuer à l’asymétrie électrique de la cellule.
Une jonction PN peut assurer l’asymétrie nécessaire au fonctionnement photovoltaïque.
Une jonction Schottky ne peut pas assurer l’asymétrie d’une cellule photovoltaïque.
Une cellule photovoltaïque doit associer une jonction PN et une jonction Schottky.
Une jonction Schottky peut également fonctionner comme dispositif photovoltaïque.

Des contacts sélectifs peuvent contribuer à l’asymétrie électrique de la cellule. · Une jonction PN peut assurer l’asymétrie nécessaire au fonctionnement photovoltaïque. · Une jonction Schottky peut également fonctionner comme dispositif photovoltaïque.

Explication

Une jonction PN, des contacts sélectifs ou une jonction Schottky peuvent assurer l’asymétrie utile à la conversion. La jonction Schottky n’est donc pas exclue, et le fonctionnement ne requiert pas l’association obligatoire d’une jonction PN et d’une jonction Schottky.

4. Parmi les propositions suivantes concernant les liens entre énergie, développement et environnement, laquelle ou lesquelles sont exactes ?

La consommation d’énergie n’a pas d’incidence sur le climat ni sur les écosystèmes.
La consommation d’énergie contribue au développement économique et humain des sociétés.
Le développement durable vise à concilier croissance économique et épuisement des ressources.
La consommation d’énergie contribue au développement humain sans affecter la santé.
Le développement durable cherche à concilier promotion sociale et protection environnementale.

La consommation d’énergie contribue au développement économique et humain des sociétés. · Le développement durable cherche à concilier promotion sociale et protection environnementale.

Explication

L’énergie participe au développement économique et humain, tandis que le développement durable associe promotion sociale et protection de l’environnement. La consommation énergétique peut affecter le climat, la faune, la flore et la santé ; l’épuisement des ressources est un problème à limiter, non un objectif de développement durable.

5. Concernant les grandes catégories de sources d’énergie :

Le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont classés parmi les énergies fossiles.
La fission nucléaire correspond à la scission d’un noyau lourd en deux noyaux plus légers.
Les énergies nucléaires tirent leur énergie de réactions entre molécules, hors des noyaux atomiques.
Les énergies renouvelables se caractérisent par une ressource qui ne diminue pas à l’échelle humaine.
Les huiles de sable et les schistes sont des exemples d’énergies renouvelables.

Le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont classés parmi les énergies fossiles. · La fission nucléaire correspond à la scission d’un noyau lourd en deux noyaux plus légers. · Les énergies renouvelables se caractérisent par une ressource qui ne diminue pas à l’échelle humaine.

Explication

Une énergie renouvelable ne diminue pas la ressource à l’échelle humaine, et le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont fossiles. La fission scinde un noyau lourd en noyaux plus légers ; les réactions nucléaires ont lieu dans les noyaux, tandis que schistes et huiles de sable sont des sources fossiles non conventionnelles.

6. Pour caractériser le gisement solaire et son ordre de grandeur en France, quelles propositions sont exactes ?

Au centre de la France, le rayonnement solaire moyen reçu atteint environ 1300 kWh/m21300\ \mathrm{kWh/m^2} par mois.
Le gisement solaire correspond à l’énergie lumineuse reçue par unité de surface sur une période donnée.
Sur la France métropolitaine, le rayonnement annuel représente environ six fois la consommation mondiale d’énergie.
Sur la France métropolitaine, le rayonnement annuel représente environ 1400 fois la consommation française d’électricité.
Au centre de la France, le rayonnement solaire moyen reçu atteint environ 1300 kWh/m21300\ \mathrm{kWh/m^2} par an.

Le gisement solaire correspond à l’énergie lumineuse reçue par unité de surface sur une période donnée. · Sur la France métropolitaine, le rayonnement annuel représente environ six fois la consommation mondiale d’énergie. · Sur la France métropolitaine, le rayonnement annuel représente environ 1400 fois la consommation française d’électricité. · Au centre de la France, le rayonnement solaire moyen reçu atteint environ $$1300\ \mathrm{kWh/m^2}$$ par an.

Explication

Le gisement solaire est une énergie lumineuse intégrée sur une période et rapportée à une unité de surface ; la moyenne donnée au centre de la France est annuelle. Le rayonnement reçu sur la France métropolitaine vaut environ six fois la consommation mondiale d’énergie et 1400 fois la consommation française d’électricité ; la valeur mensuelle proposée ne correspond pas à la donnée annuelle.

7. En comparant la production photovoltaïque française de 2022 au niveau de 550 TWh, quelles propositions sont exactes ?

Sa part dans la production totale d’électricité était d’environ 4,1 %.
Il fallait la multiplier par environ 30 pour atteindre 550 TWh.
La production photovoltaïque atteignait 18,6 TWh au cours de l’année 2022.
Il suffisait de la multiplier par environ 4 pour atteindre 550 TWh.
Cette production représentait environ 1,9 % de la production électrique totale.

Sa part dans la production totale d’électricité était d’environ 4,1 %. · Il fallait la multiplier par environ 30 pour atteindre 550 TWh. · La production photovoltaïque atteignait 18,6 TWh au cours de l’année 2022.

Explication

La production photovoltaïque était de 18,6 TWh en 2022, soit environ 4,1 % du total. Atteindre 550 TWh nécessitait encore une multiplication par environ 30 ; 1,9 % et un facteur 4 ne correspondent pas aux données de 2022.

8. Lorsqu’on répartit l’énergie solaire reçue sur Terre selon son devenir, quelles propositions sont exactes ?

Une fraction de 30 % est convertie en surface et dans l’atmosphère.
Une fraction de 25 % est convertie en surface et dans l’atmosphère.
Une fraction de 45 % est réfléchie directement vers l’espace.
Une fraction de 30 % est réfléchie directement vers l’espace.
Une fraction de 45 % est transformée en chaleur puis rayonnée.

Une fraction de 25 % est convertie en surface et dans l’atmosphère. · Une fraction de 30 % est réfléchie directement vers l’espace. · Une fraction de 45 % est transformée en chaleur puis rayonnée.

Explication

La répartition est de 30 % réfléchis, 45 % transformés en chaleur puis rayonnés, et 25 % convertis en surface et dans l’atmosphère. Les parts de 45 % et de 30 % sont donc attribuées à la mauvaise destination dans les deux autres propositions.

9. Pour un photon de longueur d’onde λ=2,0 μm\lambda=2{,}0\ \mu\mathrm{m}, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Son énergie vaut E=hλcE=\frac{h\lambda}{c} d’après la relation entre énergie et longueur d’onde.
La relation générale donne E=hcλ2E=\frac{hc}{\lambda^2} pour ce photon.
Son énergie est hors de l’intervalle de 0,6 eV à 4 eV associé au visible étendu.
Sa fréquence détermine une énergie donnée par E=hνE=\frac{h}{\nu}.
Son énergie vaut E=1,242,0=0,62 eVE=\frac{1{,}24}{2{,}0}=0{,}62\ \mathrm{eV} selon la relation en électronvolts.

Son énergie vaut $$E=\frac{1{,}24}{2{,}0}=0{,}62\ \mathrm{eV}$$ selon la relation en électronvolts.

Explication

La formule en électronvolts donne E=1,24/2,0=0,62 eVE=1{,}24/2{,}0=0{,}62\ \mathrm{eV}, valeur comprise entre 0,6 eV et 4 eV. La relation générale est E=hν=hc/λE=h\nu=hc/\lambda : les autres expressions proposées ne respectent pas cette formule ni l’intervalle indiqué.

10. Concernant les photons et le rayonnement solaire :

L’irradiance spectrale s’exprime en W/m2\mathrm{W/m^2}, sans référence à la longueur d’onde.
Un électronvolt correspond à environ 1,6×10−161{,}6 \times 10^{-16} joule.
Un électronvolt correspond à environ 1,6×10−221{,}6 \times 10^{-22} joule.
L’irradiance spectrale désigne une puissance reçue par surface et par longueur d’onde.
Un électronvolt correspond à environ 1,6×10−191{,}6 \times 10^{-19} joule.

L’irradiance spectrale désigne une puissance reçue par surface et par longueur d’onde. · Un électronvolt correspond à environ $$1{,}6 \times 10^{-19}$$ joule.

Explication

Un électronvolt vaut environ 1,6×10−191{,}6 \times 10^{-19} J. L’irradiance spectrale est une puissance par unité de surface et de longueur d’onde, exprimée en W/m²/nm ; les autres valeurs de conversion et l’unité proposée sont incorrectes.

11. Un rayon direct traverse une épaisseur d’atmosphère égale à 1,4 fois celle du trajet vertical au même lieu. Concernant les masses d’air et les standards solaires, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

AM0 désigne le rayonnement solaire direct au sol, lorsque le Soleil est au zénith.
AM1 correspond au Soleil au zénith au niveau de la mer, situation des régions tropicales.
La masse d’air associée à ce trajet vaut AM=1,4AM = 1{,}4.
La masse d’air compare le trajet oblique à l’épaisseur traversée au niveau de la mer.
AM0 désigne le rayonnement solaire direct au-dessus de l’atmosphère, avec un trajet optique nul.

AM1 correspond au Soleil au zénith au niveau de la mer, situation des régions tropicales. · La masse d’air associée à ce trajet vaut $$AM = 1{,}4$$. · AM0 désigne le rayonnement solaire direct au-dessus de l’atmosphère, avec un trajet optique nul.

Explication

La masse d’air est le rapport entre le trajet atmosphérique direct et le trajet vertical au même lieu : ici, elle vaut 1,4. AM0 correspond au rayonnement direct au-dessus de l’atmosphère, tandis qu’AM1 décrit le Soleil au zénith au niveau de la mer ; les deux autres propositions modifient ces définitions.

12. Pour caractériser un rayonnement solaire selon les standards AM, quelles propositions sont exactes ?

AM1.5 correspond à une élévation de 41,81∘41{,}81^\circ et un angle zénithal de 48,19∘48{,}19^\circ.
AM1 correspond au Soleil au zénith au niveau de la mer, dans une situation caractéristique des régions tempérées.
AM1.5G décrit le rayonnement global sur une surface inclinée à 37∘37^\circ face au sud.
Le standard AM0 correspond à une irradiance de 1000 W/m21000\ \mathrm{W/m^2}.
Le standard AM1.5D correspond à une irradiance de 768,3 W/m2768{,}3\ \mathrm{W/m^2} pour le rayonnement direct.

AM1.5 correspond à une élévation de $$41{,}81^\circ$$ et un angle zénithal de $$48{,}19^\circ$$. · AM1.5G décrit le rayonnement global sur une surface inclinée à $$37^\circ$$ face au sud. · Le standard AM1.5D correspond à une irradiance de $$768{,}3\ \mathrm{W/m^2}$$ pour le rayonnement direct.

Explication

AM1.5 associe une élévation de 41,81° à un angle zénithal de 48,19° et caractérise les régions tempérées. AM1.5D correspond à 768,3 W/m² pour le rayonnement direct, tandis qu’AM0 vaut 1367 W/m². AM1.5G décrit le rayonnement global sur une surface inclinée à 37° face au sud. AM1 désigne le Soleil au zénith au niveau de la mer, dans les régions tropicales et équatoriales.

13. Quelles sont les réponses exactes au sujet du spectre solaire et de son absorption atmosphérique ?

Environ 97%97\% du spectre solaire se situe entre 300 nm300\ \mathrm{nm} et 3 μm3\ \mu\mathrm{m}.
L’atmosphère absorbe une partie du rayonnement solaire sous l’effet de H₂O, N₂, O₃ et CO₂.
Environ 97%97\% du spectre solaire se situe entre 300 nm300\ \mathrm{nm} et 30 μm30\ \mu\mathrm{m}.
Les gaz et molécules atmosphériques contribuent à l’absorption d’une partie du rayonnement solaire.
L’atmosphère absorbe une partie du rayonnement solaire sous l’effet de H₂O, O₂, O₃ et CO₂.

Environ $$97\%$$ du spectre solaire se situe entre $$300\ \mathrm{nm}$$ et $$3\ \mu\mathrm{m}$$. · Les gaz et molécules atmosphériques contribuent à l’absorption d’une partie du rayonnement solaire. · L’atmosphère absorbe une partie du rayonnement solaire sous l’effet de H₂O, O₂, O₃ et CO₂.

Explication

Environ 97 % du spectre solaire est compris entre 300 nm et 3 μm. L’atmosphère en absorbe une partie sous l’effet de H₂O, O₂, O₃ et CO₂ ; les propositions erronées élargissent la limite spectrale ou remplacent O₂ par N₂.

14. Une comparaison du gisement solaire annuel de Lille et de Marseille donne les résultats suivants :

L’Afrique du Nord figure parmi les zones de gisement solaire faible.
Le gisement annuel est d’environ 1 000 kWh/m² à Lille, contre 1 550 à Marseille.
L’alimentation des zones peu ensoleillées pose des difficultés de production électrique.
Marseille reçoit environ 280 kWh/m² de plus que Lille par an.
Le gisement solaire est important sur les bords de la Méditerranée.

Le gisement annuel est d’environ 1 000 kWh/m² à Lille, contre 1 550 à Marseille. · Le gisement solaire est important sur les bords de la Méditerranée.

Explication

Lille reçoit environ 1 000 kWh/m² par an et Marseille environ 1 550 kWh/m², soit un écart d’environ 550 kWh/m². Le gisement est important autour de la Méditerranée, et l’Afrique du Nord est également une région à gisement important. Dans les zones peu ensoleillées, les difficultés concernent le stockage et l’acheminement de l’énergie, non sa production.

15. Une installation produit de l’électricité à partir du soleil, qui est ensuite stockée pour un usage ultérieur. Parmi les propositions suivantes concernant les filières solaires, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Le solaire photovoltaïque transforme l’énergie solaire en électricité stockable.
Le solaire thermodynamique convertit une chaleur à haute température grâce à une turbine.
Le solaire photovoltaïque produit de la chaleur pour le chauffage des locaux.
Le solaire thermique convertit le rayonnement en électricité destinée au réseau.
Le solaire thermodynamique fournit directement de l’eau chaude sanitaire.

Le solaire photovoltaïque transforme l’énergie solaire en électricité stockable. · Le solaire thermodynamique convertit une chaleur à haute température grâce à une turbine.

Explication

Le solaire thermique transforme l’énergie solaire en chaleur, notamment pour l’eau chaude, le chauffage ou le rafraîchissement. Le photovoltaïque produit de l’électricité, qui peut être stockée. Le thermodynamique produit d’abord une chaleur à haute température, puis la turbine permet de la convertir en électricité; l’eau chaude sanitaire relève du solaire thermique.

16. Pour comparer les émissions liées à la fabrication et au recyclage des panneaux, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La couche mince correspond à environ 50 g de CO₂ par kWh.
La filière couche mince CdTe est présentée comme dominant le marché photovoltaïque actuel.
Plus de 95 % du marché repose sur des technologies utilisant principalement du silicium.
La quantité de gaz dangereux associée à 1 m² de panneau dépasse largement celle d’un téléphone portable.
Le silicium monocristallin correspond à environ 50 g de CO₂ par kWh.

Plus de 95 % du marché repose sur des technologies utilisant principalement du silicium. · Le silicium monocristallin correspond à environ 50 g de CO₂ par kWh.

Explication

Les émissions indiquées sont d’environ 50 g de CO₂/kWh pour le silicium monocristallin et 30 g pour la couche mince. Les technologies utilisant principalement du silicium représentent plus de 95 % du marché; la filière CdTe ne le domine donc pas. Les gaz dangereux sont présents en très faibles proportions, comparables à celles associées à un téléphone portable.

17. Après le passage d’un cyclone à La Réunion, des panneaux photovoltaïques restent en service pendant plusieurs jours. Quelles sont les réponses exactes au sujet de la fiabilité des panneaux ?

Le faible taux de panne des panneaux est compatible avec leur maintien en service.
Après un cyclone, les panneaux peuvent constituer les seules sources d’électricité pendant quelques jours.
Après un cyclone à La Réunion, les panneaux restent généralement les seules sources pendant plusieurs semaines.
Le faible taux de panne comporte une exception signalée pour les technologies émergentes.
Les panneaux photovoltaïques présentent généralement un taux de panne élevé.

Le faible taux de panne des panneaux est compatible avec leur maintien en service. · Après un cyclone, les panneaux peuvent constituer les seules sources d’électricité pendant quelques jours. · Le faible taux de panne comporte une exception signalée pour les technologies émergentes.

Explication

Le taux de panne des panneaux photovoltaïques est extrêmement faible, avec une exception signalée pour les technologies émergentes. À La Réunion, après des cyclones, les panneaux peuvent être les seules sources d’électricité pendant quelques jours, et non plusieurs semaines. Ces faits étayent la fiabilité évoquée dans la situation.

18. Un panneau est installé avec son plan faisant un angle de 30° avec le sol. Concernant son inclinaison :

Une inclinaison de 30° signifie que le panneau est parallèle au sol.
Une inclinaison de 90° correspond à un panneau dont le plan est normal au sol.
Son inclinaison correspond à l’angle formé entre le plan du panneau et le sol.
Une inclinaison de 0° correspond à un panneau placé perpendiculairement au sol.
Un panneau parallèle au sol présente une inclinaison de 0°.

Une inclinaison de 90° correspond à un panneau dont le plan est normal au sol. · Son inclinaison correspond à l’angle formé entre le plan du panneau et le sol. · Un panneau parallèle au sol présente une inclinaison de 0°.

Explication

L’inclinaison se mesure entre le plan du panneau et le sol, et elle vaut 0° lorsque le panneau est parallèle au sol. À 90°, le panneau est normal au sol ; une inclinaison de 0° ne désigne donc pas un panneau perpendiculaire, et 30° ne signifie pas qu’il est parallèle.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 72 flashcards sur Énergie solaire et photovoltaïque.

Quelles étapes réalisent la conversion photovoltaïque de la lumière en électricité ?

La création de charges excitées dans le matériau, puis leur collecte.

Quelle formule définit le rendement de conversion énergétique photovoltaïque ?

η=PePlum\eta = \frac{P_e}{P_{lum}}

Quelles longueurs d’onde un matériau photovoltaïque doit-il absorber ?

Les longueurs d’onde solaires visibles.

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