TP - Panneau photovoltaïque - Physique

Thème 3 : Habitat
Chapitre 3
TP - Panneau photovoltaïque
Un de vos proches a investi dans des panneaux solaires photovoltaïques mais semble sceptique quant à la rentabilité de cette installation. Il vous
sollicite pour vérifier la validité des caractéristiques annoncées par le constructeur. Pour cela, vous choisissez de travailler tout d’abord sur le
prototype en modèle réduit présenté dans le document 1.
Document 1 : Caractéristiques techniques du modèle réduit de panneau photovoltaïque
 Panneau photovoltaïque en silicium monocristallin
 Dim. (panneau photovoltaïque) : 72 × 100 mm
 Tension : jusqu’à 3,5 V,
 Courant : jusqu’à 450 mA,
 Connexions : douilles banane de sécurité ø 4 mm
Source : catalogue sciencethic
Objectifs du TP :
 Tracer la caractéristique Intensité - tension d'un panneau photovoltaïque
 Effectuer expérimentalement le bilan énergétique d'un panneau photovoltaïque
I - Puissances absorbée, utile et perdue par un panneau photovoltaïque
1.
Compléter le schéma ci-dessous représentant les conversions d'énergies effectuées par un panneau photovoltaïque.
II - Tracé de la caractéristique intensité - tension
Un générateur électrique est caractérisé par sa courbe intensité - tension. Vous allez commencer par tracer cette courbe pour le modèle réduit de
panneau solaire. Pour vous aider, vous disposez du document 2 présentant la caractéristique intensité - tension d'un autre panneau solaire.
Document 2 : Caractéristiques courant-tension d'un panneau solaire pour différentes valeurs d'éclairement
Les valeurs en W.m-2 sont des valeurs d'éclairement énergétique.
L'éclairement énergétique E (en W.m-2) correspond à la puissance
lumineuse reçue par unité de surface.
On utilise parfois aussi l'éclairement lumineux EL (en lux).
L’éclairement lumineux prend en compte la sensibilité de l'œil
humain. Pour une longueur d'onde donnée, on peut calculer
l'éclairement lumineux EL à partir de l'éclairement énergétique EE en
multipliant cette valeur par un facteur qui dépend de la longueur
d'ondes : EL = EE × K(λ).
Au lycée le matériel disponible ne permet de mesurer que des
éclairements lumineux. Pour simplifier, on utilisera l'équivalence
-2
100 lux = 1 W.m qui ne permettra que d'avoir un ordre de grandeur
de la valeur d'éclairement énergétique.
Source : Livre de TSTL - Éditions Hachette 2012
2.
3.
En utilisant le document 2, déterminer de quelle grandeur dépend la caractéristique intensité-tension d’un panneau solaire. Préciser quel
appareil va vous permettre d'estimer cette grandeur.
Indiquer sous quelle forme se trouve la puissance utile fournie par un panneau solaire photovoltaïque, puis expliquer la localisation de la
zone de puissance maximale sur la courbe du document 2.
4.
Représenter le schéma du circuit électrique permettant de tracer la caractéristique intensité-tension d'un panneau photovoltaïque et
rédiger une liste de matériel.
Appeler l'enseignant pour faire valider votre schéma avant de réaliser le montage.
Tracé et exploitation de la caractéristique I = f(U)
 Regrouper les valeurs de I et U dans un tableau de mesures sans y oublier la valeur de la tension à vide (valeur pour i = 0 A)
 Réaliser également la mesure de la grandeur déterminée dans votre réponse à la question 2.
 Tracer la caractéristique I = f(U) à l’aide du logiciel Regressi.
Relever les valeurs de courant maximal et de tension maximale.
 Tracer la courbe P = f(U) et lire la valeur de la puissance électrique maximale fournie par le panneau : Pelec - max =
On appelle cette valeur de puissance "la puissance crête".
 Comparer les résultats obtenus aux données constructeur présentées sur le document 1 et expliquer une éventuelle différence.
III - Estimation du rendement de la conversion d'énergie effectuée par le panneau solaire
5.
6.
7.
En s'aidant de la chaîne de conversion d'énergie de la question 1, exprimer le rendement énergétique η du panneau.
En utilisant les documents 1 et 2, calculer η en se plaçant dans le cas où la puissance utile est maximale.
Chercher sur Internet des ordres de grandeur de rendement de cellules photovoltaïques1. Comparer les avec la valeur que vous avez
obtenue expérimentalement.
Les rendements des panneaux solaires indiqués par les fabricants sont basés sur des mesures réalisées dans des conditions standards
d’éclairement (E = 1000 W.m-2).
8. Discuter des limitations de votre estimation du rendement énergétique du panneau photovoltaïque dans la mesure où vous souhaitez le
confronter aux données de rendement fournies par le fabriquant, puis proposer des pistes pour améliorer votre démarche.
1
Un panneau photovoltaïque est constitué de plusieurs cellules photovoltaïques.