Notion de rendement
Revenons un instant au principe de conservation de l'énergie. Si l'énergie se conserve pourquoi parle-t-on alors de pertes ?
En fait une opération de conversion ou de transfert vise toujours un certain effet et donc une énergie utile : mais cette énergie utile correspond très rarement à l'énergie initiale de la source : une fraction plus ou moins grande de l'énergie initiale est transformée en chaleur à la température ambiante. On parle de pertes car ce n'est pas l'effet utile visé, cependant en toute rigueur cette énergie n'est pas détruite : elle existe toujours, mais sous une forme sans intérêt, diluée dans l'environnement.
Définition
Dans une opération de conversion ou de transfert, le rendement est le rapport de l'énergie utile à l'énergie entrante apportée par la source.
Cette quantité est toujours strictement inférieure à 1 si la source d'énergie est unique.
Rendement = énergie utile/ énergie entrante
Rendement = (énergie entrante – pertes)/ énergie entrante
Rendement = 1 – pertes/ énergie entrante
Dans notre 3ème expérience, l'énergie fournie au système est l'énergie lumineuse de la lampe reçue par la cellule photovoltaïque. Le rendement d'une cellule PV est d'environ 15% ce qui explique l'échauffement observé.
ExemplesExemple
Les rendements observés en pratique varient de manière notable selon les modes de conversion :
Alternateurs et moteurs électriques ont des rendements proches de 100%.
Turbines et moteurs thermiques qui convertissent la chaleur en énergie mécanique ont des rendements bien inférieurs, entre 20 et 40%. Nous verrons plus loin pourquoi.
Dans la nature, les processus de conversion ont en général des rendements très faibles comme la photosynthèse (2 à 3% typiquement).
Des rendements supérieurs à 100% sont parfois évoqués dans certaines situations. En général, cela vient du fait que le système n'est pas alimenté par une seule source d'énergie mais par plusieurs sources. Dans ce cas, l'énergie utile peut être supérieure à la quantité d'énergie fournie par une seule des sources.
C'est le cas d'une pompe à chaleur où l'énergie thermique fournie est supérieure à l'électricité consommée. Mais alors, ce système exploite en fait une deuxième source d'énergie, dite source froide (l'air ambiant par exemple), sur laquelle de la chaleur est prélevée.
NB : L'évaporateur et le condenseur sont deux échangeurs thermiques où le fluide frigorigène est évaporé (respectivement, condensé).
Pour éviter les confusions, le rapport Energie utile / Electricité est dénommé Coefficient de performance.
Le coefficient de performance est souvent noté avec l'acronyme COP. Dans l'exemple ci-dessus, il vaut COP = 5 kW / 1 kW = 5.
