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TS-Spécialité
Thème : Matériaux
TP
Physique
Cellule photovoltaïque
Chap.8
I. Rendement dune cellule photovoltaïque
Contexte du sujet
Les cellules photovoltaïques qui composent les panneaux solaires convertissent
lénergie lumineuse du Soleil en énergie électrique. Lorsquelle est éclairée par
la lumière, une cellule photovoltaïque génère un courant électrique et une
tension électrique apparaît entre ses bornes.
Documents mis à disposition du candidat
Document 1 : Tension, courant et puissance électrique
La tension électrique, notée U, entre les bornes dun générateur se mesure avec un voltmètre monté en
dérivation aux bornes du générateur. Elle sexprime en volts (V). Les bornes du multimètre utilisé en
voltmètre sont les bornes « V » et « COM ».
Lintensité dun courant électrique, notée I, délivrée par un générateur se mesure avec un ampèremètre
branché en série avec ce générateur. Elle sexprime en ampères (A). Les bornes du multimètre utilisé en
ampèremètre sont les bornes « A » ou « mA » et « COM ».
La puissance électrique P, fournie par un générateur, vaut P = U I avec P en watt (W), U en volt (V) et I en
ampère (A).
Document 2 : Rendement dune cellule photovoltaïque
Le rendement dune cellule photovoltaïque est le quotient de la puissance électrique Pmax générée par la
cellule par la puissance lumineuse Plum quelle reçoit : =
Error!
.
Plum = E S où E est léclairement de la cellule, exprimée en W/m2, S la surface de la cellule, exprimée
en m².
Léclairement est mesuré par un luxmètre : on admet quun éclairement de 100 lux correspond à 1 W/m².
Liste du matériel disponible
Une cellule photovoltaïque.
Deux multimètres.
Un potentiomètre dont la résistance R peut varier
entre 0 et 100 k.
Une lampe de bureau.
Un luxmètre et sa notice.
6 fils électriques (3 rouges, 3 noires)
Un tableur ou un tableur grapheur.
Une règle graduée.
Travail à effectuer
1) Elaboration et réalisation dun montage (durée conseillée : 10 min) - Compétences : analyser ; réaliser
Proposer un schéma de montage permettant, avec le matériel disponible, de mesurer la tension U aux bornes
de la cellule photovoltaïque et lintensité I quelle génère lorsquelle est éclairée par une lampe de bureau.
Dans le montage, le potentiomètre, qui se branche en série avec la cellule, doit permettre de faire varier les
valeurs de la tension U et de lintensité I.
Appel n°1 : Appeler le professeur pour lui présenter le montage. Réaliser le montage validé par le professeur.
2) Tracés de caractéristiques (durée conseillée : 20 min)
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Compétences : réaliser
Eclairer la cellule photovoltaïque avec la lampe de bureau et relever la valeur de léclairement E.
Sans modifier léclairement, tracer la caractéristique courant tension I = f(U).
Tracer ensuite la caractéristique puissance tension P = f(U).
Appel n°2 : Appeler le professeur pour lui présenter les caractéristiques obtenues.
Compétences : communiquer
3) Détermination du rendement de la cellule photovoltaïque (durée conseillée : 15 min)
Compétences : analyser
Proposer une méthode permettant de déterminer le rendement de la cellule photovoltaïque étudiée.
Le calculer et lexprimer en pourcentage.
Appel n°3 : Appeler le professeur pour lui présenter la méthode proposée. Mettre en œuvre la méthode
validée par le professeur. Compétences : communiquer ; réaliser
4) Interprétation du résultat obtenu (durée conseillée : 5 min)
Compétences : analyser
Commenter la valeur du rendement obtenu.
Appel n°4 : Appeler le professeur pour lui présenter votre conclusion.
Compétences : communiquer
Ranger le matériel.
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II. Générateur photovoltaïque versus centrale nucléaire (Problème à résoudre p.164 du livre)
Document 1 : Panneaux photovoltaïques
Un constructeur donne la caractéristique intensité-tension dun module photovoltaïque au silicium de surface
S = 0,150 m2, pour deux éclairements, 500 W.m-2 et 1000 W.m-2.
Pour un éclairement donné, la puissance électrique
fournie par un photogénérateur délivrant un courant
dintensité I avec une tension électrique U entre ses
bornes est P = U I (U en V, I en A et P en W).
La puissance fournie par un module photovoltaïque est
généralement insuffisante pour les applications
domestiques ou industrielles . De ce fait, les générateurs
photovoltaïques sont réalisés par association dun grand
nombre de modules photovoltaïques.
Le rendement dun générateur photovoltaïque est le
quotient de la puissance électrique maximale, Pmax,
fournie par le générateur par la puissance lumineuse
Plum reçue : =
Error!
La puissance lumineuse reçue par une surface S sous un
éclairement E est Plum = E S (E en W.m-2, S en m2 et
Plum en W).
On admet que le rendement dun générateur
photovoltaïque est le même que celui des modules le
constituant.
Centrale nucléaire
Une centrale nucléaire génère de lélectricité grâce à la
fission des noyaux atomiques.
La chaleur produite lors de la fission sert à vaporiser de
leau, cette vapeur entraînant la rotation dune turbine
qui produit de lélectricité.
Un réacteur nucléaire classique fournit une puissance
électrique de lordre de 900 MW.
Problème
Pour un éclairement de 1 000 W.m-2, déterminer la surface dun générateur photovoltaïque qui fournirait la
même puissance électrique que celle dune centrale nucléaire. Commenter.
Le site nucléaire de Cruas en France, vu depuis le ciel (Wikipedia)
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