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Thème 1 : Science, climat et société
Introduction
Ch. 1
L'atmosphère terrestre et la vie
Ch. 2
La complexité du système climatique
Ch. 3
Le climat du futur
Ch. 4
Énergie, développement et futur climatique
Objectif Bac : Thème 1
Thème 2 : Le futur des énergies
Introduction
Ch. 5
Deux siècles d’énergie électrique
Ch. 6
Les atouts de l’électricité
Ch. 7
Optimisation du transport de l’électricité
Ch. 8
Choix énergétiques et impacts
Objectif Bac : Thème 2
Thème 3 : Une histoire du vivant
Introduction
Ch. 9
La biodiversité et son évolution
Ch. 10
L’évolution, une grille de lecture du monde
Ch. 11
L’évolution humaine
Ch. 12
Les modèles démographiques
Ch. 13
De l’informatique à l’intelligence artificielle
Objectif Bac : Thème 3
Livret maths
Fiches méthode
Annexes
Chapitre 5
Activité 3 - expérimentale
Exclusivité numérique
Étude d'un capteur photovoltaïque
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Introduction
L'énergie solaire devrait pouvoir couvrir l'ensemble des besoins énergétiques
mondiaux, mais elle est encore peu développée et représente seulement 4 % de
l'énergie électrique produite.
Quelles sont la caractéristique et le rendement d'un capteur photovoltaïque ?
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- Puissance délivrée par un dipôle
- Caractéristique d'un dipôle
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Documents
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Doc. 1Capteur photovoltaïque
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Éclairée par une source de lumière, une cellule photovoltaïque convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique. Une tension électrique apparaît à ses bornes. En branchant un conducteur ohmique de résistance variable à ses bornes, on peut alors étudier ses caractéristiques de fonctionnement pour un éclairement donné. Le schéma ci-dessous montre le circuit permettant de réaliser les mesures nécessaires à cette étude.
Schéma du montage expérimental
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Détermination de la caractéristique I(U) d'une cellule photovoltaïque.
Liste du matériel disponible :
- Cellule photovoltaïque,
- Source lumineuse,
- Boîte de résistances à 4 décades,
- Deux multimètres,
- Luxmètre,
- Fils de connexions,
- Logiciel tableur-grapheur
Protocole :
- Réaliser le montage du doc. 1.
- Éclairer la surface de la cellule en plaçant la source de lumière à une dizaine de centimètres de la cellule puis mesurer la valeur de l'éclairement E avec le luxmètre.
- Obtenir une valeur entre 1 000 et 5 000 lux.
- Relever les valeurs de l'intensité I traversant le circuit et de la tension U aux bornes de la cellule pour différentes valeurs de la résistances variant de 1 \Omega à 10 k\Omega. (Prendre un pas de 1 \Omega pour les premières valeurs de la résistance de 1 à 10 \Omega, puis prendre une dizaine de valeurs de plus en plus espacées jusqu'à 10 000 \Omega).
- Saisir les valeurs de l'intensité i, de la tension U et de la résistance R dans un tableur-grapheur.
En utilisant les fonctionnalités du logiciel :
- créer la grandeur puissance P = U \cdot I, pour chaque valeur de la résistance ;
- afficher les graphes représentant l'évolution de I en fonction de U et de P en fonction de U.
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- U_\text{CO} : tension en circuit ouvert. C'est la tension mesurée aux bornes de la capteur éclairé quand aucun récepteur n'est branché.
- I_\text{CC} : intensité de court-circuit, courant électrique maximal débité lorsque que le capteur est branché en court-circuit.
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Rendement : r = \dfrac{P_\text{u}}{P_\text{f}}
Puissance lumineuse fournie : P_\text{f} = E \times S, avec E l'éclairement exprimé en W⋅m-2 et S la surface de la cellule en m2.
Remarque : pour une lampe à incandescence, on considère que 100 lux correspondent à 10 W⋅m-2.
Puissance lumineuse fournie : P_\text{f} = E \times S, avec E l'éclairement exprimé en W⋅m-2 et S la surface de la cellule en m2.
Remarque : pour une lampe à incandescence, on considère que 100 lux correspondent à 10 W⋅m-2.
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Questions
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1.
Déterminer graphiquement les valeurs de U_\text{CO} et de I_\text{CC} (cette dernière doit être extrapolée).
2. À partir du graphique représentant l'évolution de la puissance électrique P en fonction de la tension U, déterminer la valeur P_\text{max} de la puissance maximale délivrée par la cellule. En déduire les valeurs de I_\text{max} et U_\text{max} correspondantes.
3. Sur la caractéristique I(U), placer le point de fonctionnement correspondant au couple (U_\text{max} \ ; \ I_\text{max}). Ce point a-t-il une position particulière sur le graphe ?
4. La puissance radiative reçue est P = E \cdot S. Calculer la puissance reçue par la cellule. En déduire la valeur du rendement du capteur. Commenter le résultat.
2. À partir du graphique représentant l'évolution de la puissance électrique P en fonction de la tension U, déterminer la valeur P_\text{max} de la puissance maximale délivrée par la cellule. En déduire les valeurs de I_\text{max} et U_\text{max} correspondantes.
3. Sur la caractéristique I(U), placer le point de fonctionnement correspondant au couple (U_\text{max} \ ; \ I_\text{max}). Ce point a-t-il une position particulière sur le graphe ?
4. La puissance radiative reçue est P = E \cdot S. Calculer la puissance reçue par la cellule. En déduire la valeur du rendement du capteur. Commenter le résultat.
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