TP : Étude d’un panneau photovoltaïque

Le solaire photovoltaïque est aujourd’hui populaire, il est présent sur les toits des bâtiments sous forme de panneaux solaires pour alimenter en électricité les habitations. De plus en plus de cellules photovoltaïques sont également vendues pour des utilisations nomades et notamment pour recharger des tablettes, téléphones portables...


On souhaite déterminer les caractéristiques U(I) et P(I) d'un panneau photovoltaïque afin de savoir quel récepteur il peut alimenter.


Dans un deuxième temps on déterminera son meilleur rendement.

panneau photovoltaïque

Caractéristiques U(I) et P(I)

Afin de tracer les caractéristiques U(I) et P(I) on va relier le panneau photovoltaïque à une rhéostat (qui jouera le rôle d'un récepteur). Un voltmètre et un ampèremètre permettent de mesurer la tension et l'intensité délivrée par le panneau.

Le panneau sera éclairé par une lampe, pour simuler différents récepteurs il suffira de faire varier la résistance du rhéostat.

montage permettant d'étudier les caractéristiques d'un panneau photovoltaïque

Mesures

  • Mesurer la l'irradiance (W.m-2) parvenant au panneau photovoltaïque.
  • En déduire la puissance lumineuse reçue par le panneau.
  • En ne touchant plus l'éclairement (ne pas modifier l'intensité de la lampe, la distance au panneau ou en faisant de l'ombre), faire varier la valeur du rhéostat afin de tracer U(I) du panneau grâce au logiciel REGRESSI.
icone idee

Logiciel regressi (clic droit "enregistrer le lien sous...") : TELECHARGER

élève effectuant le montage panneau photovoltaïque

Mesures réalisées

Un groupe d'élèves mesure une irradiance de 200 W.m-2

Le panneau a les dimensions suivantes : 40,5 cm x 31,0 cm

Les mesures de couples (U,I) sont obtenues. Ci-dessous les mesures réalisées par un groupe d'élèves à télécharger.

icone idee

Mesures expérimentales (clic droit "enregistrer le lien sous...") : Fichier de mesures format rw3

La courbe suivante I(U) est obtenue. Ici le groupe d'élèves à très bien travaillé puisqu'il a des points de mesure suffisants pour bien voir l'allure de la courbe et notamment la zone concave entre 14 et 16 V.

Caractéristique U(I) d'un panneau photovoltaïque

Exploitation

  • Commenter la courbe I(U) du panneau photovoltaïque.
  • Tracer la courbe P(U) du panneau photovoltaïque.
  • Commenter la courbe P(U) du panneau photovoltaïque.

CORRECTION

Caractéristique I(U) d'un panneau photovoltaïque

1. Courbe I(U)

Lorsque la tension entre les bornes du panneau est nulle (panneau en court-circuit) il est traversé par une intensité de 0,1 A.

La tension à vide du panneau (rien de branché à ses bornes) vaut 18V.

On peut voir que l'intensité délivrée est relativement stable jusqu'à une tension de 12V puis chute ensuite plus rapidement.

2. Courbe P(U)

Caractéristique P(U) d'un panneau photovoltaïque

3. Interprétation de la courbe P(U)

La courbe de puissance (en rouge) montre que le panneau délivre une puissance maximale de 1,25 W environ. Dans ces conditions l'intensité vaut 0,09 A et la tension 14V. Cela correspond au meilleur rendement du panneau.

Rendement du panneau

CORRECTION

Afin d'avoir la puissance lumineuse reçue par le panneau on multiplie l'irradiance par la surface utile du panneau :

\LARGE P_{lumineuse} = I \times S=200 \times 0,405 \times 0,31=25,1 W


On peut maintenant calculer le rendement du panneau :

\LARGE \Eta = \frac{P_{électrique}}{P_{lumineuse}}=\frac{1,25}{25,1}=5 %


Le rendement de ce panneau est faible, mais correspond au rendement d'un panneau photovoltaïque (les technologies les plus performantes donnant des rendements de l'ordre de 15%)

Le rendement des panneaux photovoltaïques est faible (de l'ordre de 10%) mais n'oublions pas que l'énergie solaire est totalement "gratuite" et en quantité inépuisable (pour encore quelques milliards d'année).

La conception des panneaux, et notamment les terres rares qu'ils contiennent, pose par contre un gros problème écologique, économique et géopolitique !

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