Bonjour à tous.
• L’un des groupes de l’option MPI du lycée Augustin Thierry de Blois va vous
présenter leur projet scientifique.
Les capteurs solaires
I) Les capteurs photovoltaïques II) Les capteurs thermiques
1/ Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque?
A. Fonctionnement
B. Exemple de capteur solaire
1/ Présentation
2/ Mode de fonctionnement 3/ Expérience: le four solaire 4/ Utilisation
Problématique
Problématique
2/ Expériences
1/ Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque I) Les capteurs photovoltaïques
A. Fonctionnement
Une cellule photovoltaique est un capteur qui transforme l'énergie lumineuse en énergie électrique.
Cette énergie dépend de la surface de la cellule, de l'inclinaison des rayons lumineux et de l'éclairement reçu.
La photo ci-contre représente un petit panneau qui peut fourmir une puissance de 10 watts. La surface de tous les capteurs est de 740cm². Les 36 cellules sont toutes en série ce qui fait une tension aux bornes du panneau légèrement supérieure à 20 volts.
B. Exemple de capteur solaire
44 cm
27 cm
0,73 KG
Principe:
Nous allons essayer de remarquer des changements, de tensions, dans le circuit, quand on place un filtre de couleur entre la source lumineuse et la cellule photovoltaïque.
Problématique: Est-ce que l'énergie fournie varie selon la longueur d'onde de la lumière envoyée?
Compte rendu de l'expérience Tableau des valeurs:
couleur bleu vert rouge infrarouge blanche
Longueur d'onde (nm) 450 550 650 + de 800 De 300 à 900
Tension (V) 2,87 2,91 3,20 1,24 3,71
Est-ce qu'un filtre laisse passer les infrarouges?
Nous avons donc fait des courbes grâce aux quelles nous avons remarqué que chacun des filtres laisse passer les infrarouges et que plus le filtre a une longueur d'onde importante, moins il absorbe les infrarouges.
2/ Expériences
Un spectrophotomètre est un dispositif qui permet de mesurer la quantité de lumière absorbée pour un rayonnement de l'ongueur d'onde donnée (c'est à dire de couleur différente). En
faisant varier la longueur d'onde, on a tracé la courbe d'absorption d'un filtre rouge et bleu .
Conclusion:
Nous remarquons que plus la longueur d'onde est élevée, plus la tension aux bornes de la cellule est importante.
Pour conclure, et prouver que ce sont bien les infrarouges qui permettent à la cellule de fonctionner, nous avons assemblé deux filtres : une fois réuni, ils ne doivent laisser passer que les infrarouges. Mais cette expérience n'a pas très bien fonctionné puisque ils stoppaient aussi plus d'infrarouges qu'un seul filtre, donc la tension produite par la cellule était moins grande que celle du bleue ou d'une autre couleur.
Voici les courbes de l'absordance des filtres bleu, rouge vert et infrarouge suivant la longueur d'onde envoyée,
1/ Présentation
Tout capteur solaire dit « thermique » fonctionne, comme son nom l'indique, grâce à la chaleur.
Cette chaleur est apportée par le rayonnement infrarouge du soleil, qui a la particularité de faire monter la température. Il s'agit donc de récupérer cette chaleur et de la rendre utilisable pour les besoins humains.
II) Les capteurs thermiques Problématique:
A quelles fins peut-on utiliser les capteurs solaires thermiques ?
2/ Mode de fonctionnement
Les capteurs solaires thermiques peuvent fonctionner de différentes façons : soit ils concentrent le rayonnement solaire directement sur le point voulu, qui peut alors atteindre de très hautes températures, soit on concentre la chaleur sur un fluide caloporteur, qui peut alors diffuser sa chaleur dans un autre lieu, et ainsi le réchauffer.
II) Les capteurs thermiques Problématique:
A quelles fins peut-on utiliser les capteurs solaires thermiques ?
3/ 1. Expérience: le four solaire
Nous avons d'abord tenté de fabriquer un four à entonnoir, constitué d'une plaque de carton recouverte de papier d'aluminium. La fabrication, bien qu'ayant été ralentie par les manques de moyens en matière d'adhésif, fut une réussite, mais les résultats obtenus ne furent pas à la hauteur de nos espérances.
Problématique:
A quelles fins peut on utiliser les capteurs solaires thermiques ?
En mettant une sonde thermique, et en éclairant notre four avec des lampes halogènes qui simulent le soleil, on constate bien une hausse de température, mais celle-ci n'est pas assez rapide et importante pour cuire quelquechose.
Temps (min) 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Température(°C) 21,1 21,8 22,8 23,8 24,8 25,7 26,6 27,5 28,3
3/ 2. Expérience: le four solaire Problématique:
A quelles fins peut on utiliser les capteurs solaires thermiques ?
Conclusion :
Si nous n'avons pas constaté une hausse significative de la température, c'est sûrement parce que les rayons solaires n'étaient pas concentrés en un seul point. Il aurait donc fallu calculer avec plus de précision l'endroit où ils étaient réfléchis, pour que ceux-ci se concentrent sur le
récipient.
On modifie donc le four, en fabricant plusieurs panneaux indépendants, plus faciles à orienter qu'un entonnoir d'une seule pièce. Espérons que la réussite sera au rendez-vous...
Les utilisations des capteurs thermiques sont multiples.
En chauffant directement un point préci à l'aide de miroirs, on peut obtenir des températures suffisantes pour pouvoir cuire des aliments, comme (théoriquement) dans notre four solaire.
4/ 1. Utilisation Problématique:
A quelles fins peut on utiliser les capteurs solaires thermiques ?
4/ 2. Utilisation
II) Les capteurs thermiques Problématique:
A quelles fins peut on utiliser les capteurs solaires thermiques ?
Les applications sont beaucoup plus variées si on chauffe un fluide caloporteur : il est ainsi possible de fabriquer de la vapeur d'eau pour pouvoir fabriquer de l'électricité à l'aide de turbines à
vapeur. La centrale de Mojave, en Californie, fut pionnière dans ce domaine, mais il faut disposer de beaucoup de soleil et de beaucoup de place, c'est pourquoi cette centrale est une des seules au monde dans ce domaine.
4/ 3. Utilisation
II) Les capteurs thermiques Problématique:
A quelles fins peut on utiliser les capteurs solaires thermiques ?
On peut également utiliser la chaleur captée sur le toit d'une maison pour chauffer celle-ci, ou pour fabriquer de l'eau chaude. Le fluide caloporteur, placé sur le toit de la maison, se
réchauffe, et va ensuite chauffer le ballon d'eau ; une fois l'installation faite, cela permet de disposer d'eau chaude gratuitement !
