Quelles sont les caractéristiques d’une cellule

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expérimentale ^Activité

Quelles sont les caractéristiques d’une cellule

photovoltaïque ? T

Capacités : - Mettre en œuvre une cellule photovoltaïque

- Effectuer expérimentalement le bilan énergétique d’un panneau photovoltaïque Réfléchissons un peu avant de commencer…

Depuis quelques années sur les toits des maisons, à la faveur du développement durable, on peut apercevoir de des panneaux solaires photovoltaïques. Un panneau solaire photovoltaïque est en fait une association de cellules photovoltaïques. Chaque cellule est constituée de semi-conducteurs. Lorsqu’elle est éclairée par de la lumière, la cellule génère un courant électrique continu. Une tension continue apparaît également entre ses bornes.

Donner un autre exemple de composant électronique constitué de semi-conducteurs.

Quelle conversion énergétique est effectuée par la cellule photovoltaïque ?

Si l’on souhaite raccorder le panneau solaire au réseau électrique domestique, quelle opération est absolument nécessaire ?

Le solaire photovoltaïque est souvent qualifié d’ « énergie propre ». Qu’est-ce que cela signifie et est-ce vraiment le cas ? Justifier précisément.

Avant de déterminer le rendement, on cherche à déterminer la caractéristique intensité-tension d’une cellule photovoltaïque pour différents éclairements.

Manipulations

1. Détermination de la caractéristique I = f(U) pour un éclairement E d’environ 25000 lux.

Placer la lampe halogène à environ 50 cm de la cellule photovoltaïque. Eclairer la cellule de manière la plus homogène possible sous un éclairage perpendiculaire. NE PLUS TOUCHER PENDANT LES MESURES.

Vérifier l’éclairement avec le luxmètre : E = ...

Relier la cellule à une boîte de résistance variable de 0 à 1 k

Ω

Pour mesurer la tension U, brancher un voltmètre aux bornes de la cellule photovoltaïque. Pour mesurer l’intensité I du courant électrique, brancher un ampèremètre en série avec la cellule et la résistance variable.

Les mesures seront enregistrées directement à l’aide du logiciel « Atelier scientifique ».

Utiliser le logiciel avec l’aide du professeur et réaliser les mesures (variables appelées u et i) pour différentes valeurs de la résistance R :

A l’aide du logiciel, tracer et observer la caractéristique I = f(U) en adaptant l’échelle.

2. Détermination de la caractéristique I = f(U) pour un éclairement E d’environ 15000 lux.

Incliner la cellule photovoltaïque de manière à diminuer l’éclairement reçue par celle-ci.

Vérifier l’éclairement avec le luxmètre : E = ...

Effectuer les nouvelles mesures (en créant des nouvelles variables u1 et i1 par exemple).

R (Ω) 1,0 2,0 5,0 10 20 30 40 50 70 100 200 500 1,0.10³

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Sur le même graphique, avec la même échelle, tracer et observer la caractéristique I = f(U) pour le nouvel éclairement (demander de l’aide au professeur si besoin pour superposer les deux séries de mesures).

Appeler le professeur afin de valider l’impression du graphique (aperçu en paysage).

Exploitations des résultats

Pourquoi peut-on dire qu’une cellule photovoltaïque se comporte comme un générateur de courant ?

Pour les deux éclairements, donner les valeurs de l’intensité de court-circuit notée ICC (tension nulle) et de la tension en circuit ouvert UCO (intensité nulle). Quelle valeur ne varie pas ?

Pour chaque éclairement, on souhaite calculer la puissance électrique P (en W) fournie par la cellule selon la valeur de la résistance R.

Comment calculer la puissance P ?

A l’aide du logiciel, créer les variables p et p1, puissances fournies pour chaque éclairement.

Sur un même graphique, observer et tracer la caractéristique P = f(U) , puissance électrique en fonction de la tension aux bornes de la cellule, pour chaque éclairement.

Appeler le professeur afin de valider l’impression du graphique (aperçu en paysage).

Quelle est la puissance maximale (ou puissance-crête), notée Pmax, fournie par la cellule ? Cette valeur dépend-elle de l’éclairement ?

Comment retrouver approximativement Pmax à partir de la caractéristique intensité-tension ? Expliquer.

Le rendement r d’une cellule photovoltaïque vaut r

reçue

P P

=

Cette puissance se calcule ainsi : Preçue= E.S où E est l’éclairement en W.m^-2 et S la surface éclairée en m². On fera l’approximation que, pour la lampe utilisée, un éclairement de 100 lux correspond à 1 W.m^-2.

Après avoir déterminé la surface S de la cellule, déterminer, pour chaque éclairement, un ordre de grandeur du rendement de la cellule photovoltaïque. Conclure.

Conclusions

Rédiger avec le professeur une conclusion.

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