Questionnement initial
L'exploitation de l'énergie d'origine solaire émet très peu de gaz à effet de serre et permet donc de lutter contre le réchauffement climatique. Elle peut être produite dans des centrales solaires thermiques à concentration.
Comment stocker l'énergie d'origine solaire pour assurer la production d'électricité la nuit sans réseau de batterie chimique ?
Complément : Document n°1 - Centrale solaire thermique
La diminution de l'émission des gaz à effet de serre est un enjeu primordial face au réchauffement climatique. Dans ce contexte, la multiplication des centrales solaires peut permettre d'atteindre l'objectif de préservation de notre environnement. Cependant, l'exploitation de l'énergie d'origine solaire est limitée par tous les facteurs environnementaux agissant sur l'exposition des panneaux (cycle jour/nuit, couverture nuageuse, etc.).
Le but est donc de stocker l'énergie reçue au cours de la journée afin de pouvoir alimenter un réseau électrique en début de soirée. Elles diffèrent en cela des centrales photovoltaïques qui utilisent l'énergie lumineuse du soleil pour générer directement de l'électricité grâce à des cellules photosensibles.
Complément : Document n°2 - Principe de stockage de l'énergie, les MCP
Le principe d'une centrale solaire thermique est de concentrer, grâce à des miroirs réfléchissants, les rayonnements solaires sur un matériau pour lui fournir de l'énergie.
Les matériaux à changement de phase (MCP) ont pour particularité de pouvoir stocker de l'énergie lorsqu'ils changent d'état physique.
De l'énergie est absorbée lors du passage de l'état solide à l'état liquide et elle est restituée lors du passage inverse.
La variation d'énergie \(\Delta E\) en Joule (\(\mathrm{J}\)) lors d'un changement d'état physique d'une masse \(m\) (en kilogramme) du matériau est : \(\Delta E=m\cdot L\) avec \(L\) l'énergie massique de changement d'état (en \(\mathrm{J\cdot kg^{-1}}\)) de ce matériau (appelée chaleur latente).
Complément : Document n°3 - Diagramme énergétique lors d'une fusion
Données
Énergie de changement d'état, dans le cas d'une fusion, à la pression atmosphérique :
\(L_\mathrm{fusion(KBr)}=215\times 10^3 \,\mathrm{\:J.kg^{-1}}\)
\(L_\mathrm{fusion(NaCl)}=481\times 10^3 \,\mathrm{\:J.kg^{-1}}\)
Expérience
→ Réaliser en suivant les indications du professeur le suivi en température du changement d'état de la paraffine.
→ Écrire le protocole expérimental suivi/réalisé.
→ Notez vos observations.
→ Tracer la courbe sur Regressi (avec des annotations dessus avec les outils de régressi)
→ Créer un fichier PDF avec votre courbe en 2 exemplaires.
Complément : Courbe possible
Question⚓
Q1. D'après le diagramme énergétique, lors d'une fusion, le matériau absorbe-t-il ou libère-t-il de l'énergie ?
Question⚓
Q2. Expliquer alors le principe de stockage de l'énergie dans une centrale solaire thermique.
Question⚓
Q3. Quelle quantité d'énergie pourra être stockée par 150 kg de sels de bromure de potassium (\(\mathrm{KBr}\)) au cours de sa fusion ?
Solution⚓
A3-Q3.
Pour faire fondre 1 kg de bromure de potassium il faut fournit une énergie de \(\mathrm{215\times 10^3 \:J}\).
L'énergie qui pourra donc être stockée dans 150 kg de ce sel sera de : \(\mathrm{E_{KBr}=m_{KBr}\times L_{fus,KBr}}\)
\(\mathrm{E=150\times 215\times 10^3=3,2\cdot 10^7 \; J}\)
Question⚓
Q4. Quelle masse de sels de chlorure de sodium (\(\mathrm{NaC\ell}\)) solide devra-t-on utiliser pour assurer le stockage de la même quantité d'énergie ?
Rappel : Synthèse de l'activité
Q5. En vous inspirant du Doc.3, tracer le diagramme énergétique lors du déstockage d'énergie. Conclure sur les avantages des centrales solaires thermiques par rapport aux centrales solaires photovoltaïques.