TES. Produire de l'électricité avec une cellule photovoltaïque (1ère partie) - (le cours)

Summary

Cette vidéo explique comment l'énergie solaire est convertie en électricité via des panneaux solaires, en mettant en avant le rôle du silicium. Après un rappel sur le spectre d'émission atomique et les principes quantiques, la vidéo décrit la manière dont les électrons de valence dans les matériaux peuvent être excités pour conduire l'électricité. Le silicium, avec un gap d'énergie de 1,12 électron-volt, est idéal pour absorber l'énergie solaire, en particulier dans le spectre visible et proche infrarouge, ce qui en fait un matériau clé pour les panneaux solaires.

Takeaways

• 😀 Une éolienne génère de l'électricité grâce à la rotation d'un alternateur, tandis que les panneaux solaires utilisent des cellules photovoltaïques pour convertir l'énergie solaire en électricité sans alternateur.
• 😀 Les tubes fluorescents contiennent du mercure gazeux, et l'électricité à haute tension provoque la circulation d'électrons, entraînant des collisions qui émettent un rayonnement UV.
• 😀 Le rayonnement UV est absorbé par une poudre fluorescente qui restitue l'énergie sous forme de lumière visible.
• 😀 Le spectre de la lumière émise par le mercure est constitué de raies de couleur séparées par des plages d'obscurité, et c'est ce qu'on appelle un spectre de raies d'émission.
• 😀 Le modèle quantique de l'atome décrit des niveaux d'énergie quantifiés que les électrons peuvent occuper, expliquant pourquoi seuls certains spectres sont observés.
• 😀 L'atome est stable lorsque ses électrons occupent les niveaux d'énergie les plus bas, et peuvent être excités à des niveaux plus élevés lorsqu'ils reçoivent suffisamment d'énergie.
• 😀 La restitution de l'énergie par un électron excité se fait sous forme de photons, dont la longueur d'onde peut être calculée à partir de la différence d'énergie.
• 😀 La conduction électrique dans les matériaux dépend des électrons de valence qui peuvent passer à des niveaux d'énergie supérieurs, permettant le courant électrique.
• 😀 Les matériaux conducteurs, comme le cuivre, ont des bandes d'énergie superposées, tandis que les isolants, comme le diamant, ont un gap trop élevé pour permettre la conduction.
• 😀 Les semi-conducteurs comme le silicium possèdent un gap faible (1,12 électronvolt) et peuvent conduire sous certaines conditions, par exemple lorsqu'ils sont éclairés.
• 😀 Le silicium est un excellent choix pour les panneaux solaires car il peut absorber les radiations solaires les plus énergétiques, principalement dans le visible et le proche infrarouge, et les convertir en électricité.

Q & A

Qu'est-ce qu'une éolienne et comment produit-elle de l'électricité ?

Une éolienne produit de l'électricité grâce à la rotation de ses pales qui entraînent un alternateur. L'alternateur transforme l'énergie mécanique en énergie électrique.

Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque et comment fonctionne-t-elle ?

Une cellule photovoltaïque est une unité élémentaire qui capte l'énergie solaire et la convertit directement en électricité sans utiliser d'alternateur. Elle fonctionne par l'effet photoélectrique.

Comment les électrons interagissent-ils dans un tube fluorescent pour produire de la lumière ?

Dans un tube fluorescent, des électrons à haute énergie entrent en collision avec des atomes de mercure, excitant ces derniers. Les atomes de mercure relâchent cette énergie sous forme de rayonnement ultraviolet, qui excité une poudre fluorescente à l'intérieur du tube, produisant ainsi de la lumière visible.

Pourquoi les spectres d'émission des atomes sont discrets ?

Les spectres d'émission sont discrets car les niveaux d'énergie des électrons dans un atome sont quantifiés. Un électron peut occuper uniquement des niveaux d'énergie spécifiques et lorsqu'il passe d'un niveau à un autre, il émet un photon avec une longueur d'onde précise.

Qu'est-ce que le modèle quantique de l'atome et comment permet-il d'expliquer les spectres d'émission ?

Le modèle quantique de l'atome décrit l'atome par des niveaux d'énergie définis que les électrons peuvent occuper. Lorsqu'un électron saute d'un niveau à un autre, il émet ou absorbe un photon dont l'énergie est liée à la différence entre ces niveaux, expliquant ainsi les raies d'émission observées.

Comment les matériaux conducteurs transmettent-ils un courant électrique ?

Dans un matériau conducteur, les électrons de valence sont peu liés au noyau et peuvent se déplacer facilement sous l'effet d'un champ électrique. Ils passent d'un niveau d'énergie à un autre, facilitant la conduction du courant.

Pourquoi certains matériaux sont isolants, tandis que d'autres sont conducteurs ?

Les matériaux sont isolants lorsque la différence d'énergie entre la bande de valence et la bande de conduction (le gap) est très grande, rendant impossible le déplacement des électrons. Les conducteurs ont un gap faible ou inexistant, permettant aux électrons de se déplacer librement.

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur et pourquoi le silicium est-il utilisé dans les panneaux solaires ?

Un semi-conducteur possède un gap suffisamment faible pour que des électrons puissent passer de la bande de valence à la bande de conduction sous l'effet de la température ou d'un rayonnement. Le silicium est utilisé dans les panneaux solaires car son gap est adapté à l'absorption de l'énergie lumineuse, notamment dans le spectre visible et proche infrarouge.

Comment le silicium convertit-il l'énergie solaire en énergie électrique ?

Le silicium absorbe les photons du soleil, qui excitent les électrons de valence et les font passer à un niveau supérieur. Ces électrons excités créent un courant électrique qui peut être utilisé comme énergie.

Pourquoi le spectre d'absorption du silicium est-il limité à des longueurs d'onde inférieures à 1100 nanomètres ?

Le silicium a un gap de 1,12 électron volt, ce qui signifie qu'il peut absorber de l'énergie uniquement pour des photons dont la longueur d'onde est inférieure à 1100 nanomètres. Cela correspond aux rayonnements les plus énergétiques du soleil.