Document

TP : Etude d’une cellule photovoltaïque
Document 1 : Le « solaire », une formidable source d’énergie renouvelable
L’énergie solaire pourrait produire 20 fois les besoins énergétiques mondiaux. Et
pourtant, elle ne représente que 1% des capacités de production électrique à l’échelle
mondiale. L’énergie solaire, produite par le rayonnement du Soleil sur la Terre,
représente une source naturelle inépuisable et renouvelable.
Exploitée selon deux techniques différentes, elle utilise soit :
 des capteurs solaires qui transforment les rayonnements en énergie
thermique (chaleur). Cette chaleur est ensuite distribuée par un système de
circulation d’eau ou d’air. Appelé «solaire thermique», son utilisation peut
être complétée, pendant les périodes de l’année peu ensoleillées, par une
énergie complémentaire (gaz naturel, électricité, bois…),
 des cellules photovoltaïques, réunies dans un panneau solaire, qui
transforment l’énergie en courant électrique. Celui-ci est alors utilisé
localement par le bâtiment qui l’a produit ou transmis sur le réseau
électrique. On l’appelle, le «solaire photovoltaïque».
Dans un monde qui manquera de ressources énergétiques dans quelques décennies, la solution solaire semble
parfaite.
Pourtant, la pratique n’est pas répandue. Le premier inconvénient est l'investissement que cette énergie représente
pour un faible rendement. Les rendements ne dépassent pas 15 à 20%, dans un fonctionnement optimal du panneau
photovoltaïque. Les besoins en électricité, étant en croissance dans le monde, il semble qu’il faille se tourner vers
de nouvelles sources d’énergie. Le solaire devra prendre toute sa place. L’union européenne prévoit qu’elle
représentera 20% des énergies renouvelables en 2020 (contre 1% en 2012).
L’autre inconvénient pour l’installation de panneaux photovoltaïques dans de nombreuses régions du monde est le
climat plutôt tempéré et le faible nombre de jours ensoleillés. L’angle d’inclinaison du panneau photovoltaïque a
donc son importance.
Mais la recherche progresse, et les panneaux solaires au silicium sont en phase d’amélioration.
Document 2 : Un panneau photovoltaïque convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique :
Document 3 : La cellule photovoltaïque … une pile
Vu de la sortie, un panneau photovoltaïque est un générateur électrique possédant une caractéristique, c'est-à-dire
une courbe I = f(U) particulière.
On peut y relever deux points particuliers : le courant de court-circuit Icc (quand la tension aux bornes de la cellule
est nulle) et la tension à vide Uv (quand le courant circulant dans le circuit est nul).
THEME n°1 : LES MATERIAUX – Chapitre 2 : Propriétés et structure des matériaux
Document 4 : Rendement d’une cellule photovoltaïque
Pour caractériser la puissance lumineuse reçue par le panneau, on utilise une grandeur physique particulière appelée
« éclairement ». Cette grandeur est notée E. Elle correspond à la puissance lumineuse reçue par unité de surface du
panneau et s'exprime donc en W.m-2
Le rendement d’un appareil est par définition :  
Soit, pour une cellule photovoltaïque,  
Putile
Preçue
P
où P est la puissance électrique maximale fournie par la cellule, E
ES
l’éclairement et S la surface de la cellule.
Un luxmètre est un capteur qui permet d’obtenir un ordre de grandeur de l’éclairement. La valeur est affichée en
« lux ».
684 lux correspondent à environ 1 W.m-2 (pour une lumière de longueur d’onde au maximum λmax = 555 nm)
La puissance électrique d’un dipôle est définie par : P = U × I
Le maximum de puissance d'un panneau est atteint dans des conditions particulières de courant et de tension que
la caractéristique permet de déterminer.
Travail à faire :
 Vous expliquerez comment mettre en place un montage électrique, avec le matériel disponible, permettant
d’utiliser le panneau photovoltaïque : schéma de montage, quelles façons de mesurer, …
 Déterminez les caractéristiques (intensité de court-circuit, tension à vide et rendement) de la cellule
photovoltaïque à votre disposition. Expliquez votre méthode pour chaque mesure. Rédigez un court
protocole, par exemple.
 Commentez le résultat obtenu, en particulier en se référant au document 1, et critiquer sa précision.
Le matériel à votre disposition est :
-
une cellule photovoltaïque
des fils électriques, des pinces crocodiles
une boîte de résistance à décades (résistance variable).
deux multimètres
un luxmètre et sa notice
une lampe assez puissante alimentée par un générateur 12V.
un ordinateur avec un tableur-grapheur (Latis Pro par exemple)
THEME n°1 : LES MATERIAUX – Chapitre 2 : Propriétés et structure des matériaux