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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 - documentaire
Étude d'une cellule photovoltaïque
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Introduction
L'énergie solaire devrait pouvoir couvrir l'ensemble des besoins énergétiques mondiaux. Mais elle est encore peu développée avec seulement 4 % de l'énergie électrique mondiale, en partie à cause de rendements parfois faibles.
Quels sont la caractéristique et le rendement d'un capteur photovoltaïque ?
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Documents
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Doc. 1Capteur photovoltaïque
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.
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Doc. 2Caractéristique \bm{I (U)}
Les valeurs de l'intensité I traversant le circuit et de la tension U aux bornes de la cellule pour différentes valeurs de la résistance sont données ci-dessous. Elles correspondent à un éclairement E = 2\:000 lux d'un capteur de surface \text S = 0{,}0054 m2. Pour une lampe incandescente, on considère que 100 lux = 1 W⋅m-2
| \bm R (\bold \Omega) | \bm U (V) | \bm I (mA) |
|---|---|---|
| 1 | 0,126 | 45,3 |
| 2 | 0,164 | 43,2 |
| 3 | 0,199 | 41,6 |
| 4 | 0,230 | 39,7 |
| 5 | 0,257 | 37,7 |
| 6 | 0,280 | 35,5 |
| 7 | 0,299 | 33,9 |
| 8 | 0,314 | 31,9 |
| 9 | 0,325 | 30,1 |
| 10 | 0,339 | 28,6 |
| 11 | 0,347 | 26,9 |
| 12 | 0,353 | 25,4 |
| 20 | 0,388 | 17,6 |
| 30 | 0,405 | 12,6 |
| 50 | 0,417 | 8,0 |
| 100 | 0,427 | 4,1 |
| 1 000 | 0,434 | 0,4 |
| 10 000 | 0,435 | 0,04 |
Travaux pratiques
Tracer la caractéristique de cette cellule
Saisir les valeurs de l'intensité I, de la tension U et de la résistance R dans un tableur‑grapheur. Puis en utilisant les fonctionnalités du logiciel :
Saisir les valeurs de l'intensité I, de la tension U et de la résistance R dans un tableur‑grapheur. Puis 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 du capteur éclairé quand aucun récepteur n'est branché.
- I_{\text{CC}} : intensité de court-circuit, courant électrique maximal débité lorsque le capteur est branché en court-circuit, la tension à ses bornes étant alors nulle.
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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. Doc. 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.
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2. Doc. 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.
GeoGebra
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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