Chapitre 20
Exercice corrigé
Rendement d'un panneau photovoltaïque
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Énoncé
Compétence(s)
APP : Extraire l'information utile
RAI/MOD : Utiliser avec rigueur le modèle de l'énergie
RAI/MOD : Utiliser avec rigueur le modèle de l'énergie
On se propose de déterminer le rendement de ces panneaux pour un flux lumineux surfacique φ (ou irradiance) de 1~000 W·m-2.
1. Déterminer la puissance maximale P_{\text{max}} délivrée par le panneau.
2. En déduire la tension U_{\text{max}} puis l'intensité I_{\text{max}} au point de puissance maximale.
3. Déterminer la puissance lumineuse reçue par le panneau P_{\text{lum}}.
4. En déduire le rendement du panneau photovoltaïque.
2. En déduire la tension U_{\text{max}} puis l'intensité I_{\text{max}} au point de puissance maximale.
3. Déterminer la puissance lumineuse reçue par le panneau P_{\text{lum}}.
4. En déduire le rendement du panneau photovoltaïque.
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Doc.Caractéristiques
Courbes I = f(U) et P = f(U) du panneau photovoltaïque pour différents flux de rayonnement surfacique φ.
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Protocole de réponse
1. Procéder par lecture graphique en utilisant la courbe P = f(U) correspondant à la bonne valeur d'irradiance.
2. Pour obtenir U_{\text{max}}, utiliser la courbe P = f(U), puis pour obtenir I_{\text{max}}, utiliser la courbe I = f(U).
Travailler avec la bonne valeur d'irradiance.
3. Utiliser l'unité de l'irradiance pour trouver la formule de la puissance. Faire attention aux unités.
4. Utiliser les réponses aux questions précédentes. Il est préférable de donner le résultat en pourcentage.
2. Pour obtenir U_{\text{max}}, utiliser la courbe P = f(U), puis pour obtenir I_{\text{max}}, utiliser la courbe I = f(U).
Travailler avec la bonne valeur d'irradiance.
3. Utiliser l'unité de l'irradiance pour trouver la formule de la puissance. Faire attention aux unités.
4. Utiliser les réponses aux questions précédentes. Il est préférable de donner le résultat en pourcentage.
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Solution rédigée
1. On détermine P_{\text{max}} la puissance maximale délivrée par le panneau en lisant l'ordonnée du maximum de la courbe P = f(U) pour une irradiance de 1~000 W·m‑2. On trouve P_{\text{max}} = 270 W.
2. Sur la courbe P = f(U), pour une irradiance de 1~000 W·m-2, l'abscisse du point P_{\text{max}} correspond à U_{\text{max}}. On obtient ainsi U_{\text{max}} = 35 V.
Pour trouver I_{\text{max}}, il faut utiliser la courbe I = f(U) pour une irradiance de 1~000 W·m-2 et lire l'ordonnée correspondant au point d'abscisse U_{\text{max}} = 35 V. On trouve I_{\text{max}} = 7{,}5 A.
2. Sur la courbe P = f(U), pour une irradiance de 1~000 W·m-2, l'abscisse du point P_{\text{max}} correspond à U_{\text{max}}. On obtient ainsi U_{\text{max}} = 35 V.
Pour trouver I_{\text{max}}, il faut utiliser la courbe I = f(U) pour une irradiance de 1~000 W·m-2 et lire l'ordonnée correspondant au point d'abscisse U_{\text{max}} = 35 V. On trouve I_{\text{max}} = 7{,}5 A.
3. La puissance lumineuse reçue par le panneau est :
P_{\text {lum }}=\varphi · S
AN : P_{\text {lum }}=1~000 \times 1{,}520 \times 1{,}475=2{,}2 \times 10^{3} W
La valeur calculée est exprimée à 2 chiffres significatifs compte tenu de l'absence de précision sur φ.
4. Un panneau photovoltaïque convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique. Ainsi, le rendement du panneau photovoltaïque est :
On peut exprimer ce rapport en fonction des puissances :
\eta=\frac{P_{\max }}{P_{\mathrm{lum}}}
AN : \eta=\frac{270}{2{,}2 \times 10^{3}}=0{,}12=12 %
P_{\text {lum }}=\varphi · S
AN : P_{\text {lum }}=1~000 \times 1{,}520 \times 1{,}475=2{,}2 \times 10^{3} W
La valeur calculée est exprimée à 2 chiffres significatifs compte tenu de l'absence de précision sur φ.
4. Un panneau photovoltaïque convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique. Ainsi, le rendement du panneau photovoltaïque est :
\eta=\frac{E_{\text {électrique }}}{E_{\text {lumineuse }}}
On peut exprimer ce rapport en fonction des puissances :
\eta=\frac{P_{\max }}{P_{\mathrm{lum}}}
AN : \eta=\frac{270}{2{,}2 \times 10^{3}}=0{,}12=12 %
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Mise en application
Reprendre les deux dernières questions pour une irradiance de 600 W·m-2 et conclure quant à l'influence de l'irradiance sur le rendement du panneau photovoltaïque.
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