Le rayonnement solaire : une source d'�nergie propre et "illimit�e" : concours technicien  laboratoire 2011. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicit�s adapt�es � vos centres d’int�r�ts.

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De nos jours, le constat est s�v�re. Si notre soci�t� continue � utiliser les �nergies fossiles et non renouvelables que sont le p�trole, le gaz naturel et la houille au m�me rythme, il faut s'attendre � deux cons�quences � plus ou moins br�ve �ch�ance : - Les bouleversements climatiques engendr�s par les rejets toujours plus nombreux de dioxyde de carbone issu des combustions. - La disparition des �nergies fossiles. ll existe cependant des alternatives, en particulier,dans l'exploitation des �nergies renouvelables. L'utilisation du rayonnement solaire gr�ce aux panneaux photovolta�ques est l'une de ces alternatives. Potentiel �nerq�tique. La Terre intercepte une toute petite partie de l'�nergie solaire rayonn�e dans l'espace. On estime que la puissance du rayonnement que re�oit une surface de 1 m2 situ�e � une distance de 150 millions de kilom�tres , expos�e perpendiculairemenat ux rayons du Soleil si I'atmosph�re terrestre n'existait pas, est de 1367 W. Cette puissance surfacique repr�sente la constante solaire �gale � 1367 W. m-2. Pour les calculs d'�nergie, on consid�rera que l'on dispose en France, d'un potentiel de 1000 heures �quivalentes de plein ensoleillement par an avec une puissance surfacique de 1000 W .m-2. Sachant que l'�nergie �lectrique consomm�e par un m�nage fran�ais est en moyenne de 3500 kWh/an ( hors chauffage), calculer la surface de panneaux photovolta�ques de rendement 10% � installer afin de subvenir aux besoins de ce m�nage. Energie ( kWh) = puissance (kW) fois dur�e ( h) : 1*1000 = 1000 kWh m-2. Surface des panneaux : 3500 / 1000 = 3,5 m2 ; tenir compte du rendement de 10 % : 35 m2. Etude d'un panneau photovolta�que d'apr�s la caract�ristique constructeur. En associant plusieurs cellules photovolta�ques �l�mentaires, on r�alise un panneau photovolta�que not� (PV) utilis� pour la production d'�lectricit�, panneau que I'on peut mod�liser par un dip�le actif repr�sent� en figure 1. Lorsque ce dip�le alimente un r�cepteur, il d�bite un courant d'intensit� i. Le constructeur de panneaux photovolta�ques donne en figure 2 la caract�ristique courant-tension i = f(u) d'un panneau, de r�f�rence PWX500, en fonction de l'�clairement pour une temp�rature de 25�C. .   Etude � �clairement constant de 1000 W.m-2. En utilisant la caract�ristique donn�e, donner la valeur de la tension � vide( V0) ainsi que celle du courant de court-circui (ICC). V0 ~ 21,6 V et ICC ~ 3,15 A pour un �clairement de 1kW m-2. Le dip�le �tudi� est dit actif. Justifier ce terme. La caract�ristique U=f(I) ne passe pas par l'origine et une partie de la puissance mise en jeu n'est pas de la puissance Joule. Peut-on le qualifier de dip�le lin�aire ? Justifier la r�ponse. La caract�ristique U = f(I) n'est pas une droite : le dip�le n'est pas lin�aire.  Repr�senter en prenant une dizaine de points, la courbe donnant l'�volution de la puissance transf�r�e par le panneau en fonction de la tension d�livr�e. A) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,1 3,15 U(V) 21,6 21,2 20,6 20,2 19,6 18,6 16 12 0 P=UI (W) 0 10,6 20,6 30,3 39,2 46,5 48 36,3 0  Indiquer les  coordonn�es (Uopt, lopt ) du point de fonctionnement � puissance maximale. Uopt ~ 17 V et Iopt ~2,9 A pour un �clairement constant de 1000 W m-2.  A quelle partie du graphe correspond le fonctionnement Uopt ? Partie courbe de I=f(U) ( zone en vert ci-dessus ). Etude � �clairement variable. Tracer la courbe donnant l'�volution de Uopt et lopt ( tension et courant � puissance maximale ) en  fonction de l'�clairement. �clairement W m-2 50 40 28 23 20 Uopt (V) 17 17 17 17 17 Iopt (A) 2,9 2,2 1,6 1,3 1 Quel est l'effet d'une variation d'�clairement sur le panneau solaire ? La tension optimale reste � peu pr�s constante ; par contre l'intensit� optimale est pratiquement proportionelle � l'�clairement. La puissance optimale est � peu pr�s proportionnelle � l'�clairement. Conclure sur le type de charge � placer en sortie d'un panneau solaire afin de travailler � puissance maximale. Il faut utiliser l'�nergie solaire convertie en �nergie �lectrique pour charger des batteries ; ces derni�res pourront pallier aux variations de l'�clairement solaire. Proposition et validation d'un mod�le pour le panneau. On propose comme mod�le simple pour ce dip�le actif, le sch�ma suivant : l : courant proportionnel � l'�clairement. V : tension g�n�r�e par le panneau � vide et � �clairement nul. D : mod�lise la jonction PN, au niveau de semi-conducteur. R3 est la r�sistance dynamique de la jonction PN. R1 (R�sistance s�rie): mod�lise les r�sistances de contact et de connextons. R2 (R�sistance parall�le): mod�lise les divers courants de fuite Pour un �ctairement de 1000W .m-2 on utilise les valeurs suivantes : I = 3,1 A ; V = 17,2 V ; Vd = 0,7 V ; R1 = 1 mW ; R2 = 150 W ; R3 = 1,15 W. Dans un premier temps, on n�glige les r�sistances R1 et R2. Le sch�ma alors utilis� est donn�  : On court-circuite les points A et B. Quelles sont alors les valeurs de I'intensit� i et de la tension u ? u = 0 ; i = I. Le panneau est � vide. Exprimer puis calculer les valeurs de l'intensit� i et de la tension u. i = I = 3,1 A ; u = 0 On retrouve les valeurs indiqu�es par la caract�ristique fournie par le constructeur. La simulation logicielle du comportement du panneau a donn� la caract�ristique suivante : On retrouve les valeurs V0 ~ 21,6 V et ICC ~ 3,1 A pour un �clairement de 1kW m-2 Pour quel intervalle de tension, le panneau solaire se comporte-t-il comme un g�n�rateur de courant id�al ? Sch�matiser alors le mod�le �lectrique �quivalent du dip�le A B. Pour une tension comprise entre 0 et 18 V, l'intensit� est constante I = 3,1 A : le panneau solaire se comporte, dans cet intervalle  [0 ; 18 V ] comme un g�n�rateur de courant id�al. Influence de la r�sistance R2 En ajoutant la r�sistance R2 de 150 ohms, on obtient la caract�ristique modifi�e suivante : Conclure, qualitativement par une phrase, sur l'influence de la r�sistance parall�le R2. Le panneau solaire n'est pas un g�n�rateur de courant id�al :  l'intensit� varie de 3,1 A � 3 A sur l'intervalle [0 ; 17 V ].

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