Sources d'énergie électrique 2006 Génie Electrique et Systèmes de Commande Université de Technologie de Belfort Montbéliard

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Examen du Supérieur Université de Technologie de Belfort Montbéliard. Sujet de Sources d'énergie électrique 2006. Retrouvez le corrigé Sources d'énergie électrique 2006 sur Bankexam.fr.
Publié le : mercredi 30 janvier 2008
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Examen EL 53 (Durée 2h)
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Exercice 1Â : Cas d'une habitation isolée. (10 points)
Soit un chalet situé à 1500m, Sa façade sud jouit d'une bonne exposition avec un ensoleillement nominal 1000
W/m
2
. C'est une famille de 4 personnes qui occupe cette maison régulièrement mais seulement le week end.
La synthèse des consommations électriques pendant le week end (2 jours):
La famille dispose d'un système de 3 modules photovoltaïques et d'une batterie solaire au plomb ouvert
Pour l'exposition Sud, le rayonnement reçu est de 3 kWh/m² jour en hiver et de 4 kWh/m² jour en été.
Quelle est la consommation moyenne par jour sur la semaine en été et en hiver ?
1.
Quelle est la production énergétique par jour en hiver?
2.
Quelle est la production énergétique par jour en été ?
3.
Comparez avec la consommation prévue.
4.
Calculez les coefficients de pertes en hiver et en été
5.
La figure ci-contre représente le générateur photovoltaïque débitant sur un bus continu sur lequel est connecté
un accumulateur électrochimique.
La caractéristique de sortie du générateur PV dépend de la puissance rayonnée sur le panneau et de la
température des cellules :
Traitons le cas d'une habitation isolée
1
1- Débit sur source de tension indépendante du courant
On suppose la puissance incidente égale à 1 kW/m².
1.1-
Déterminer la valeur de la puissance débitée sur une source de tension égale à 20 V, 30 V puis 40 V,
pour une température du générateur respectivement de 25°C puis de 50°C.
Présenter les résultats dans un tableau.
1.2-
Identifier les coordonnées du point où la puissance débitée est maximale, pour une température de 25 et
50°C et préciser les valeurs correspondantes.
1.3-
Commenter l'ensemble de ces résultats.
2- Débit sur source de tension variable avec consommateur externe
La batterie d'accumulateur est modélisée par une force électromotrice E en série avec une résistance Rb. On
note, Ich le courant consommé par l'utilisateur.
2.1-
Exprimer la caractéristique Ipv = f(Upv) en fonction des seuls paramètres de la batterie et du courant Ich.
2.2-
En effectuant les constructions graphiques adéquates, avec E = 30 V, Rb = 2 Ω, déterminer le point de
fonctionnement (Ipv, Upv) correspondant, d'une part à Ich = 0 et d'autre part à Ich = 2 A, à 1 kW/m², pour
des températures de 25 et 50°C. Calculer les valeurs correspondantes de la puissance photovoltaïque
générée.
2.3-
Commenter ces résultats relativement à la puissance maximale disponible.
3- Convertisseur d'adaptation
Traitons le cas d'une habitation isolée
2
On propose d'intercaler un convertisseur à découpage entre le générateur PV et le bus continu comprenant
l'accumulateur et le consommateur.
Convertisseur continu-continu pour un fonctionnement avec une tension de bus continu (VO) comprise entre
25 V et 50 V.
La structure du convertisseur est présentée à la figure ci-après, l'interrupteur K est commandé à la fermeture
et à l'ouverture, à fréquence fixe et temps de conduction variable.
Le rapport cyclique de conduction est noté α (rapport du temps de conduction sur la période de découpage).
Le composant magnétique est une inductance à deux enroulements (primaire : n1 spires et secondaire : n2
spires) parfaitement couplés. Tous les éléments sont idéaux.
Décrire qualitativement le fonctionnement de ce convertisseur dans ses deux phases de fonctionnement
(lorsque K est fermé et lorsqu'il est ouvert) sur une période en régime permanent. Puis donner, en régime
continu les allures formes d'onde des courants i1 et i2 et de la tension v1.
Déterminer l'expression théorique (on ne considère aucunes pertes énergétiques) de la tension de sortie VO en
fonction du rapport cyclique α et de la tension d'entrée VI.
Exercice 2Â : (2 points)
Un aérogénérateur fournit annuellement une énergie de 1 millions de kWh. Une centrale nucléaire produit 10
milliards de kWh par an.
Quelle est la puissance fournie par la centrale nucléaire en supposant qu'elle fonctionne 320 jours par
an ?
1.
Combien une ferme éolienne devrait contenir d'aérogénérateurs pour produire la même énergie que la
centrale nucléaire ?
2.
Le diamètre du rotor de chaque aérogénérateur est de 45 m. Quelle surface occupe une éolienne.
3.
Pour prendre en compte les perturbations aérodynamiques, on suppose qu'une éolienne occupe 2000
m2. Quelle sera la surface d'une ferme éolienne capable de fournir la même énergie que la centrale
nucléaire.
4.
Questions du cours (6 points)
Expliquer le fonctionnement d'une éolienne en détaillant les principaux composants ainsi que leurs
rôles.
1.
Donner le modèle d'une cellule photovoltaïque et expliquer l'origine de ce modèle.
2.
Quelles sont les énergies renouvelables? Expliquer le terme "renouvelable". A votre avis quelles sont
les sources d'énergie du futur, commenter.
3.
Traitons le cas d'une habitation isolée
3
QCM (2 points)
La production d'électricité par des sources hydrauliques représente en France :
a) 15 % de la production totale
b) 60 % de la production totale
c) 80 % de la production totale
d) 99 % de la production totale
La connexion d'une éolienne sur le réseau peut provoquer des perturbations sur la distribution d'électricité.
Vrai
Faux
La vitesse de rotation des pâles d'une éolienne est contrôlable par :
- l'inclinaison de ses pâles
Vrai
Faux
- le couple électromagnétique du convertisseur électromécanique
Vrai
Faux
Pourquoi veut-on commander la vitesse de la turbine ?
Pour limiter les nuisances sonores.
Pour augmenter la durée de vie de l'éolienne.
Pour obtenir un maximum de puissance possible.
Pour contrôler les pertes magnétiques de la MADA.
Quelle est la production journalière moyenne de 10 m² de capteurs solaires photovoltaïques ?
2 kWh
20 kWh
200 kWh
Traitons le cas d'une habitation isolée
4
Parmi les secteurs d'activité énumérés ci-après, quel est celui qui, en France, consomme le plus d'énergie
(hors usages en matières premières tels que la fabrication des plastiques) ?
industrie
habitat
transports
agriculture
tertiaire
Quel est le type d'énergie fossile qui émet le plus de CO2 par unité d'énergie contenue ?
charbon
gaz
pétrole
Traitons le cas d'une habitation isolée
5
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