DM 1SSI 2eme partie corrige

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BORNE ESCAMOTABLE SOLAIRE
Présentation du système
Le dispositif étudié est un système permettant de limiter ou d’interdire la circulation dans des
zones à accès réservé. Ce dispositif comporte :
_un caisson intégrant la partie opérative, à savoir une borne motorisée rétractable dans le sol,
_un caisson intégrant la partie commande comportant :
- une platine électronique de gestion,
- une batterie d’alimentation électrique du système,
- des cellules photovoltaïques assurant la charge de la batterie.
Vue d’ensemble du système
Problématique et objectif de l’étude
Selon son concept innovant et breveté, le système utilise un module solaire pour recharger sa
batterie. L’installation d’une borne de ce type ne nécessite aucune tranchée, aucun
raccordement, ni abonnement EDF ; son alimentation est gratuite et peut être envisagée sur
n’importe quel site.
Cependant, le fonctionnement du système est limité à un nombre de cycles dont la valeur
dépend des conditions d’ensoleillement.
La problématique majeure pour ce système est donc d’atteindre une autonomie suffisante, tout
en minimisant le coût et l’encombrement des moyens de production et de stockage de
l’énergie électrique.
L’objectif général de l’étude est de modéliser le système pour quantifier sa consommation
énergétique et son autonomie.
Fonction Critère Niveau
FP Temps de sortie (ou de rentrée)
Hauteur de la borne de sortie
correspondant à la course de la borne
Diamètre de la borne
Poids maximum supportable sur plot
relevé
6 s maximum
500mm
210 mm
80daN

2
Poids maximum supportable sur le plot
abaissé
Poids maximum supportable lors de la
montée du plot
Autonomie
15 000 daN
80 daN maximum en fin de course du
plot
100 cycles par jour en été
50 cycles par jours en hiver
FIABILITE : Durée de vie > 10 000 heures de fonctionnement
Autonomie du système
L’objectif de cette partie est de déterminer l’énergie électrique récupérée pour différentes
conditions d’ensoleillement. Ces valeurs servent ensuite de base pour estimer l’autonomie du
système.
Le système puise son énergie du soleil, grâce à un panneau solaire constitué de 36 cellules
photovoltaïques.
Etude expérimentale
On utilise le montage suivant:

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La cellule solaire est éclairée à l’aide de la lampe. On remarque que les conditions optimales sont
obtenues lorsque les rayons lumineux frappent perpendiculairement sa surface que l’on situe à environ
10cm de la lampe.
La puissance lumineuse est définie par unité de surface. On la mesure à l’aide d’un luxmètre que l’on
positionne comme la cellule. Celui-ci nous indique 20 000 Lux soit 200 W/m
2
(ce qui correspond à un
temps extérieur couvert). La température mesurée à la surface du boîtier plastique contenant la cellule
est de 30°C.
Il est intéressant de prendre au préalable quelques mesures de puissance lumineuse en intérieur, sous
lumière naturelle, sous l’éclairage d’une lampe, puis en extérieur sous différentes conditions
météorologiques. On note les résultats suivants :
• grand soleil 1000 W/m
2
;
• ciel couvert 200 à 500 W/m
2
;
• ciel pluvieux 50 à 200 W/m
2
;
• intérieur 300 lux ou 300 lumens/m
2
soit 3 W/m
2
.
Correspondances : 1 lux = 1 lumen/m
2
et 100 000 lux = 1000 W/m
2
.
Le relevé de la caractéristique s’obtient en faisant varier la valeur de la résistance de la charge Rc.
On relève les valeurs de la tension et de l’intensité à l'aide d'un tableur et on obtient la caractéristique
suivante :
On décompose Icc en la différence de 2 caractéristiques :

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On choisit une diode de tension de seuil 0,5V et une source idéale de courant de valeur
220mA pour ce modèle de la cellule solaire.
On affine le modèle et on obtient :

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1-Déterminer graphiquement la pente de la caractéristique et en déduire R
SC
inverse de
la pente. (1 point)
∆I/∆U =0,125/ (0,5-0,47) =4,16 S (A/V)
R
SC
= 0,24Ω
Rendement
Le rendement se détermine à partir de la formule:
La puissance absorbée par la cellule photovoltaïque correspond au produit de la puissance
lumineuse surfacique par la surface de la cellule photovoltaïque. La surface de la cellule est
celle d’un carré dont un côté a pour mesure 5 cm.
2- Dans nos conditions d’utilisation, 200 W/m
2
et 30°C, calculer la puissance absorbée
Pas (1 point)
La puissance utile de la cellule photovoltaïque correspond à la puissance électrique maximale
qu’elle peut fournir pour un ensoleillement donné, appelée aussi puissance crête. On
recherche le point de puissance maximum MPP (Maximum Power Point) sur la
caractéristique que l’on a tracé, à l'aide du tableur. Le rectangle (produit de la tension et de
l’intensité correspondante) qui a la plus grande surface indique la puissance crête.