TP Étude d`un panneau solaire

TP Étude d'un panneau solaire
Extrait B.O.
Nombre de séances : 1
Niveau de difficulté :
Mettre en œuvre
une cellule
photovoltaïque. Effectuer
expérimentalement le
bilan énergétique d'un
panneau photovoltaïque.
Mode opératoire
Le but de ce TP est de calculer les puissances de crêtes
pour deux panneaux solaires (silicium amorphe et
silicium polycristallin) à partir de la caractéristique
courant-tension. Connaissant le flux lumineux reçu,
on en déduit leur rendement.
Avant le TP
Les élèves effectuent une recherche documentaire
sur le principe de fonctionnement d'une cellule
photovoltaïque. C’est l’occasion d’aborder la nature
corpusculaire de la lumière, l’effet photoélectrique
et la constitution d’un panneau photovoltaïque
(figure 1).
Par la suite, il est utile de réaliser une liste exhaustive des différentes technologies silicium utilisées,
leurs avantages et leurs inconvénients.
Electrode
Zone dopée n
I
-
+
Zone dopée p
Fig.1 Principe de fonctionnement d'un panneau solaire.
Electrode
Montage
Le montage utilisé est présenté sur la figure 2. On
éclaire ici la cellule avec la lumière du soleil (il est
possible d'utiliser le projecteur réf. 282 054). L’éclairement est mesuré à l’aide d’un luxmètre. On le
considère constant au cours de l’expérimentation.
Dans le logiciel Atelier Scientifique, placer le voltmètre en abscisse et l’ampèremètre en ordonnée. La
validation des mesures se fera manuellement
(Voltmètre > Validation > Manuelle)
Fig.2
Trucs et astuces
Le calibre de chaque adaptateur peut être modifié durant
l'acquisition dans l'onglet
Calibre. Cet onglet est disponible en cliquant sur l'icône de
l'adaptateur placé en abscisse
ou en ordonnée.
Pendant le TP
Une fois l’acquisition démarrée, on fait varier la
valeur de la résistance sur la boite à décade pour
tracer la caractéristique courant-tension de chaque
panneau.
Pour obtenir des valeurs inférieures à 1 Ω (valeur
minimale sur la boite à décade), il est possible
d'utiliser une seconde boite en dérivation. L’élève
fait ainsi appel au cours sur les associations de
dipôles pour créer une résistance inférieure à 1 Ω.
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Résultats et exploitations
Matériel nécessaire
En fin d’expérimentation, on obtient la caractéristique du panneau en silicium amorphe (fig
3) et du panneau en silicium polycristallin (fig 4).
Foxy®
Réf. 485 000
Atelier Scientifique
Généraliste PC
Foxy®/AirNeXT®
Réf. 000 107
Capteur Voltmètre
Réf. 482 035
Capteur Ampéremètre
Réf. 482 034
Polycristallin
Réf. 282 045
Amorphe
Boîte de résistances
à 4 décades
Réf. 282 044
Projecteur halogène 400 W
sur trépied
Réf. 281 044
Réf. 282 054
TP STI2D
Fig.3 Caractéristique courant-tension pour le panneau en silicium amorphe
Fig.4 Caractéristique courant-tension pour le panneau en silicium polycristallin
On cherche à déterminer le rendement de
chaque panneau. Le rendement est le rapport de la puissance électrique délivrée par
le panneau par la puissance lumineuse fournie à ce dernier.
On mesure pour cela l’éclairement reçu par
le panneau à l’aide d’un luxmètre. Dans
notre cas, on trouve E = 2000 Lux.
L’éclairement correspond au flux lumineux
par unité de surface. Il peut donc s’exprimer
en lumen par mètre au carré. Le flux lumineux exprimé en lumen tient compte de la
vision humaine. Or, on sait que la lumière
du soleil à une efficacité lumineuse de 91
lm/W. On a donc ici un flux énergétique de
21,5 W/m²
Calcul de la puissance de crête :
Fig.5 Calcul de la puissance dans le tableur du logiciel
La puissance de créte correspond à la puissance maximale fournie par le panneau
solaire.
Dans le tableur du logiciel, on crée une nouvelle grandeur P avec comme unité le mW.
On y multiplie la tension par le courant (figure 5). On détermine ensuite la puissance
de crête :
Pc (amorphe)= 50,25mW
Pc(poly) = 70,50mW.
A partir des surfaces de chaque panneau, on
calcule la puissance lumineuse reçue (figure
6). On calcule ensuite le rendement pour
chaque panneau :
ηamorphe = 5,8%
ηpoly = 8,21%
On obtient un rendement supérieur pour le
silicium polycristallin. Cependant ; dans les
deux cas ces rendements restent très faibles.
Fig.6 Détermination de la puissance de crête
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