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Ouverture
p. 1-11
Sciences, climat et société
Ouverture de thème
p. 12-14
Testez le chapitre 100 % débloqué
Le futur des énergies
Ouverture de thème
p. 80-82
Testez le chapitre 100 % débloqué
Une histoire du vivant
Une histoire du vivant
Ouverture de thème p. 152-154
Fiches méthode
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Ch. 4
Activité 3 - documentaire
PC

Installation de panneaux photovoltaïques

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Introduction
Le lycée nantais Clemenceau souhaite réduire sa facture d'électricité et décide d'installer des panneaux photovoltaïques sur le toit de son gymnase afin de consommer directement l'électricité produite. Il propose à des élèves de terminale d'étudier le projet.
Problématique
Quelles économies peut espérer réaliser ce lycée ?
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Ce que j'ai déjà vu

  • Fonctionnement d'un capteur photovoltaïque
  • Répartition variable de la puissance solaire
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Documents

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Doc. 1
Géoportail

Géoportail est un service de visualisation des données géographiques françaises. Il permet, entre autres, de consulter des photographies satellites ou des plans, et de mesurer des distances ou des surfaces.
Pour mesurer une surface, on peut utiliser l'onglet Outils > Mesures > Mesurer une surface.
Supplément numérique
Rendez-vous
ici
 pour évaluer une surface à l'aide d'une cartographie numérique.

Placeholder pour Photo aérienne du lycée Clemenceau montrant le bâtiment principal, le gymnase et la végétation environnante.Photo aérienne du lycée Clemenceau montrant le bâtiment principal, le gymnase et la végétation environnante.
Vue du lycée Clemenceau et son gymnase en rouge
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Doc. 2
Inclinaison des rayons solaires

Plus les rayons arrivent perpendiculairement sur une sur- face, plus ils sont concentrés. C'est pour cela que l'on pré- conise, en France, d'incliner les panneaux d'environ 35° par rapport au sol.

La trajectoire apparente du Soleil à Nantes est représentée ci-dessous. Elle montre l'angle h entre les rayons solaires et le sol au cours d'une journée et ce pour différents moments de l'année. Par exemple, le 21 avril, les rayons solaires font un angle d'environ 55° avec le sol au moment où le Soleil est au plus haut dans le ciel.

Placeholder pour Graphique montrant l'inclinaison des rayons du soleil tout au long de l'année.Graphique montrant l'inclinaison des rayons du soleil tout au long de l'année.
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Doc. 3
Ensoleillement en France

Du fait de sa sphéricité, la Terre ne reçoit pas la même puis- sance solaire surfacique à chaque endroit. Entre le nord et le sud de la France, cette grandeur varie notablement.

Placeholder pour Carte de France: intensité du rayonnement solaire. Nuances de vert à rouge indiquent la puissance surfacique moyenne (W/m²).Carte de France: intensité du rayonnement solaire. Nuances de vert à rouge indiquent la puissance surfacique moyenne (W/m²).
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Doc. 4
Deux technologies de panneaux photovoltaïques

Le lycée souhaite comparer deux types de panneaux photovoltaïques dont les caractéristiques principales sont résumées dans le tableau suivant.
TechnologieSilicium polycristallinSilicium monocristallin
Rendement (%)
1320
Coût d'installation au mètre carré
400 €·m-2500 €·m-2
Durée de vie
30 ans35 ans
Aspect visuel
Placeholder pour Gros plan d'une cellule photovoltaïque : détail de sa structure bleutée et de ses lignes conductrices.Gros plan d'une cellule photovoltaïque : détail de sa structure bleutée et de ses lignes conductrices.
Placeholder pour Photographie rapprochée de panneaux solaires bleus disposés en rangées. Énergie renouvelable.Photographie rapprochée de panneaux solaires bleus disposés en rangées. Énergie renouvelable.
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Doc. 5
Schéma de l'installation

Placeholder pour Schéma: panneaux solaires inclinés optimisés pour capter la lumière solaire. L'angle d'inclinaison est illustré pour une meilleure efficacité.Schéma: panneaux solaires inclinés optimisés pour capter la lumière solaire. L'angle d'inclinaison est illustré pour une meilleure efficacité.
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Données

  • Consommation électrique du lycée nantais pour l'année 2023 : Eélec = 1500 MW·h
  • Tarif négocié par la région Pays de la Loire pour l'électricité en 2024 : c = 170 € par MW·h (hors taxes)
  • POurcentage de taxes : t = 20 %
  • Consommation énergétique totale (électricité et gaz principalement) du lycée en 2023 : Et = 4 800 MW·h
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Vocabulaire

Amortissement : durée nécessaire pour que les économies réalisées avec un projet compensent l'investissement financier initial.

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Questions

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1. Doc. 1 En utilisant Géoportail, mesurer la surface disponible Stoit pour la pose de panneaux photovoltaïques sur le toit du gymnase.
 2. Doc. 2 Déterminer graphiquement l'angle h entre les rayons solaires et le sol pendant la période estivale lorsque le Soleil est au plus haut dans le ciel.
 3. Doc. 5 Justifier à l'aide du schéma que l'inclinaison des panneaux avec le sol doit correspondre à i = 90° - h. En déduire l'inclinaison iété qu'il faudrait donner aux panneaux à ce moment de l'année. Mêmes questions pour la période hivernale.
4. Doc. 3 Proposer une explication au fait que l'on préconise une inclinaison de i= 35° pour les panneaux en France.
 5. Doc. 5 Déduire de l'inclinaison i, la surface S de panneaux photovoltaïques que l'on peut poser.
6. Doc. 3 Relever la puissance solaire surfacique Ps reçue à Nantes. En déduire l'énergie solaire Esolaire reçue chaque année par le toit du gymnase du lycée.
 7. Doc. 4 et Doc. 5 Comparer les deux technologies en déterminant dans chaque cas l'électricité produite par an, les économies annuelles réalisées, le coût de l'installation et la durée nécessaire pour l'amortissement.
8. Évaluer la superficie de panneaux photovoltaïques théoriques qu'il faudrait installer pour produire toute l'énergie consommée par le lycée chaque année.
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