Description microscopique de l`atome

Terminale spécialité_Thème 1_LES MATERIAUX
Structure et propriétés des matériaux_AE 4
LES PANNEAUX PHOTOVOLTAIQUES
l’avenir de la production d’électricité ?
Les cellules photovoltaïques convertissent l’énergie lumineuse du Soleil en énergie électrique,
phénomène mis en évidence par le français Henri Becquerel, 1852-1908,
prix Nobel de physique en 1903 avec Pierre et Marie Curie pour leurs travaux sur la radioactivité spontanée.
Vous devez rédiger une réponse argumentée à cette question
en mettant en place diverses expériences
Votre compte-rendu inclura bien évidemment les schémas de vos montages expérimentaux, les
observations et courbes obtenues et les interprétations qui vous permettront de conclure.
En d’autres termes, tout ce qui est utile à la bonne compréhension de ce TP !
Cela permettra, entre autres, de :
- déterminer expérimentalement la puissance maximale fournie par la cellule photovoltaïque
mise à votre disposition et d’en déduire son rendement ;
- préciser si l’intensité électrique fournie par la cellule dépend ou non de l’éclairement.
Document 1 :
Matériel à disposition
- une cellule photovoltaïque ;
- deux multimètres ;
- un potentiomètre dont la résistance R peut varier entre 0 et 10 k ;
- un rhéostat dont la résistance R peut varier entre 0 et 50  ;
- une lampe de bureau ;
- un luxmètre ;
- 6 fils électriques (3 rouges, 3 noires) ;
- le logiciel Regressi® et/ou du papier millimétré ;
- une règle graduée.
Document 2 :
La cellule photovoltaïque
Les cellules photovoltaïques qui composent les panneaux solaires
convertissent l’énergie lumineuse du Soleil en énergie électrique.
Lorsqu’elle est éclairée par la lumière, une cellule photovoltaïque génère
un courant électrique et une tension électrique apparaît entre ses bornes.
La cellule à notre disposition est bien plus petite et par conséquent bien moins puissante que celles qu’on retrouve
dans l’industrie ou dans un domestique. Néanmoins, le principe de fonctionnement est exactement le même.
On la retrouve dans bien d’autres domaines : certaines montres, des calculatrices, l’éclairage, la recharge de batterie,
sur les cabines de téléphone de secours des autoroutes, certains radars de vitesse mais aussi la recherche spatiale …
M.Meyniel
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Document 3 :
Structure et propriétés des matériaux_AE 4
Tension, courant et puissance électrique
La tension électrique, notée U, entre les bornes d’un générateur se mesure avec un voltmètre monté en
dérivation aux bornes du générateur. Elle s’exprime en volt (de symbole V). Les bornes du multimètre utilisé en
voltmètre sont les bornes « V » et « COM ».
L’intensité d’un courant électrique, notée I, délivrée par un générateur se mesure avec un ampèremètre
branché en série avec ce générateur. Elle s’exprime en ampère (de symbole A). Les bornes du multimètre utilisé en
ampèremètre sont les bornes « mA » (ou très rarement, car le courant devient dangereux à ces intensités-là, « A »)
ou 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 4 :
Rendement d’une cellule photovoltaïque
Le rendement  d’une cellule photovoltaïque est le quotient de la puissance électrique Pmax générée par la
Pmax
cellule par la puissance lumineuse Plum qu’elle reçoit :
=
Plum
avec Plum = E  S
où E est l’éclairement de la cellule, exprimée en W.m-2, S la surface de la cellule, exprimée en m².
L’éclairement est mesuré par un luxmètre : on admet qu’un éclairement de 100 lux correspond à 1 W.m-2.
Document 5 :
Caractéristique intensité-tension & puissance-intensité
Pour tracer la caractéristique intensité-tension I = f(U) d’une cellule éclairée par une lampe de bureau, il faut
faire un montage permettant (avec le matériel disponible) de mesurer la tension U que l’on fait varier aux bornes de
la cellule photovoltaïque et l’intensité I qu’elle génère lorsqu’elle est éclairée. On obtient alors un tableau des
différentes valeurs de l’intensité I obtenues en fonction des diverses tensions U imposées.
La détermination de la puissance Pmax passe alors par le graphe représentant l’évolution de la puissance P
en fonction de la tension U.
Document 6 :
Branchement du rhéostat ou du potentiomètre
Dans le montage, le rhéostat, qui se branche en série avec la cellule, doit
permettre de faire varie les valeurs de la tension U et de l’intensité I.
Document 7 :
http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations-flash/energies/les-panneaux-solaires
Voir ASD p 150 en complément
M.Meyniel
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Structure et propriétés des matériaux_AE 4
Compte-rendu
Schéma expérimental :
µA
COM
V
V
COM
cellule photovoltaïque
Observations :
* En obstruant l’arrivée de lumière sur la cellule, on note la diminution de la tension aux bornes de la cellule et
de l’intensité qu’elle délivre dans le circuit. Il apparaît donc que l’intensité électrique fournie dépend de l’éclairement.
* En faisant varier la valeur de la résistance du rhéostat puis du potentiomètre mis à sa place, on relève les
couples de valeurs {intensité ; tension} :
I (mA)
U (V)
61,5
0,10
61,5
0,90
61,4
0,56
61,1
1,12
61,0
1,33
60,9
0,17
40
1,95
26,3
1,96
11,4
2,03
2,4
2,05
1,6
2,05
0,2
2,05
Interprétations :
On trace les deux caractéristiques de la cellule photovoltaïque à l’aide du logiciel Regressi® :
I = f(U) & P = f(U) avec P = UI
* L’éclairement de la lampe vaut environ 13.103 lux soit un éclairement :
La surface d’une cellule est environ de :
 Plum = E × S = 0,33 W
* D’après le graphe :
E = 13.103 lux = 1,3.102 W.m-2
S = 5  5 cm² = 25.10-4 m2
Pmax = 66,5.10-3 W

=
=
= 20 %
Conclusion :
Le rendement de la cellule photovoltaïque n’est que de 20 %. Donc même si on utilise ici une ressource
énergétique renouvelable (le Soleil), le rendement de la cellule apparaît pour le moment insuffisant pour que le
photovoltaïque représente à lui seul l’avenir de la production d’électricité. Néanmoins, il ne fait aucun doute qu’il fait
partie intégrante de cet avenir et ce, d’autant plus si on parvient à améliorer le rendement.
M.Meyniel
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