Puissance électrique fournie par un panneau solaire

Eclipse solaire – 20 Mars 2015 – Groupes 1 et 2
Puissance électrique fournie par un panneau solaire
« L'éclipse solaire du 20 mars va venir affoler le réseau électrique européen ». C'est le
titre d'un article publié par L'Usine Nouvelle sur son site :
http://www.usinenouvelle.com/article/l-eclipse-solaire-du-20-mars-va-venir-affoler-le-
reseau-electrique-europeen.N295878
« Avec le développement de l’énergie photovoltaïque en Europe ces dernières années, la
prochaine éclipse solaire, prévue pour le 20 mars 2015, pourrait perturber la production
d’électricité. Un phénomène que RTE veut examiner de près comme nous l'écrivions en
novembre dernier.
Le vendredi 7 novembre 2014, le gestionnaire du réseau de transport électrique français, RTE,
présentait ses prévisions sur l’équilibre offre-demande pour l’hiver 2014-2015. Si l’hiver
devrait se passer sans grande difficulté (voire encadré), le président Dominique Maillard attire
en revanche l’attention sur un évènement exceptionnel qui pourrait venir perturber la
production et la distribution d’électricité en Europe. Le 20 mars 2015, de 9h09 à 10h31 se
déroulera une éclipse solaire quasi-totale sur l’Europe.
Au maximum du phénomène, la baisse de la luminosité atteindra 80% pendant plusieurs
dizaines de minutes. Ce n’est bien sûr pas inhabituel. En août 1999, une magnifique éclipse
totale du soleil avait balayé le nord de l’Europe. "Mais il y a une différence considérable depuis
1999, c’est le développement important du photovoltaïque en Europe, explique Dominique
Maillard. L’éclipse va toucher 75000 à 80 000 MW de photovoltaïque installés sur le continent".
Or ces panneaux sont très sensibles aux variations de luminosité. Un jour nébuleux, les
panneaux voient leur production diminuer de 90%.
L’équivalent de 30 réacteurs nucléaires éclipsés :
Si la 20 mars prochain le temps est couvert, l’impact sera minime, car les panneaux solaires
produiront peu. Mais si le jour est ensoleillé, l’éclipse pourrait avoir des conséquences bien plus
importantes. "On pourrait voir disparaitre brutalement près de 30 000 MW du réseau électrique
européen", explique Dominique Maillard. L’équivalent de 25 à 30 réacteurs nucléaires français !
C’est comme si la température chutait en quelques minutes de 6°C en Europe et que tout le
monde allumait son chauffage pour compenser ce brusque refroidissement. Le phénomène va
être d’autant plus "sportif" pour les réseaux européens que le maximum de l’éclipse va se
déplacer, à la faveur de la rotation de la terre. Il y aura un arrêt et un démarrage permanent
de sources de production solaire à travers le continent.
RTE est entré en contact avec ses homologues européens pour préparer le phénomène. Il n’y a
pas de risques réels de black-out, mais le gestionnaire français juge que "c’est un événement
intéressant pour en étudier les conséquences sur e". Il s’agira aussi de prévoir à l’avance quels
seront les moyens de production et de délestage disponibles en cas de besoin. Autre
conséquence de cette éclipse, la baisse de la luminosité va pousser les gens à allumer les
lumières au bureau ou chez eux. Résultat : la consommation d’énergie va augmenter.
Ludovic Dupin »
On se propose de venir mesurer pendant toute la durée de l'éclipse, la puissance
électrique fournie par un panneau solaire.

Une cellule photovoltaïque (appelée aussi cellule solaire) permet de transformer de
l'énergie lumineuse en énergie électrique :
Une cellule solaire éclairée se comporte donc comme un générateur : elle dispose à ses
bornes d'une tension U (exprimée en volts V) et délivre dans le circuit auquel elle est
reliée un courant électrique d'intensité I (exprimé en ampères A).
La tension électrique se mesure avec un ______________ branché en ______________.
L'intensité du courant se mesure avec un _____________ branché en ______________.
La puissance électrique (exprimée en watts W) fournie par le générateur s'exprime alors
par la relation :
P = U.I
Le panneau alimentera une résistance électrique R = 10 Ω. En utilisant les symboles
électriques suivants, dessiner le schéma théorique, puis le schéma pratique nécessaires à
la réalisation de cette étude :
Schéma théorique Schéma pratique
Travail de préparation au laboratoire :
Le Soleil sera remplacé par une lampe à filament. Faire quelques essais pour apprendre à
choisir convenablement les calibres des appareils de mesure et à calculer la puissance
électrique fournie par la cellule solaire.
Energie
électrique
Energie
lumineuse
E,r

L'angle que fait la cellule solaire avec le faisceau lumineux a-t-il une influence sur la
puissance électrique produite ?
Comment doit-on alors la positionner ?
Quelle conséquence cela entraîne-t-il sur la réalisation de l'expérience le jour J ?
Lors de l'éclipse on entrera toutes les données dans un logiciel tableur disponible sur la
tablette numérique. Par précaution une personne prendra simultanément en note, sur
papier, les valeurs de mesure.
Préparer le fichier sur le tableur.

Eclipse solaire – 20 Mars 2015 – Groupes 3 et 4
Mesure de l'éclairement du Soleil au cours de l'éclipse
Le luxmètre
Un luxmètre est un appareil permettant de mesurer l'éclairement, qui est exprimé en
lux (symbole lx).
Un lux correspond à l'éclairement fourni par une flamme de bougie à 1 mètre de
distance.
Le luxmètre est constitué de deux parties : une cellule sensible à la lumière,
orientable associée à un boîtier de mesure et d'affichage.
Les luxmètres disposent de plusieurs calibres pour s'adapter aux faibles ou fortes
luminosités.
Quelques exemples d'éclairement :
nuit de pleine lune : 0,5 lux
rue de nuit bien éclairée : 20 - 70 lux
appartement bien éclairé : 200 - 400 lux
extérieur par ciel couvert : 500 lux à 25 000 lux
extérieur en plein soleil : 50 000 à 100 000 lux.
L'éclairement énergétique :
La lumière transporte de l'énergie. Celle qui vient du Soleil est appelée énergie
solaire.
Pourquoi cet apport énergétique est-il capital sur Terre ?
La puissance lumineuse reçue sur chaque m² de surface éclairée permet de calculer
l'éclairement énergétique en W/m².
On pourra considérer de manière approximative qu'un éclairement de 100 lux
correspond à environ 1 W/m2 .
Travail de préparation au laboratoire :
Le Soleil sera remplacé par une lampe à filament.
Faire quelques essais pour apprendre à choisir convenablement le calibre du luxmètre
dans différentes situations d'éclairement (attention aux éventuels coefficients multiplicatifs
à prendre en compte).
L'angle que fait la cellule détectrice avec le faisceau lumineux a-t-il une influence sur
l'éclairement mesuré ?
Comment doit-on alors la positionner ?
Quelle conséquence cela entraîne-t-il sur la réalisation de l'expérience le jour J ?

Lors de l'éclipse on entrera toutes les données dans un logiciel tableur disponible sur la
tablette numérique. Par précaution une personne prendra simultanément en note, sur
papier, les valeurs de mesure.
Préparer le fichier sur le tableur.