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Rendement d’un panneau photovoltaïque
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Exercice corrigé




Rendement d’un panneau photovoltaïque

APP : Extraire l'information utile
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PC - chapitre 20 - Effet photoélectrique et enjeux énergétiques - exercice corrigé - maison du futur

Énoncé

On souhaite installer, sur le toit d’une maison, des panneaux photovoltaïques de dimensions 1 5201~520 mm ×1 475\times 1~475 mm dont les caractéristiques intensité‑tension sont données dans le doc. ci‑contre.
On se propose de déterminer le rendement de ces panneaux pour un flux lumineux surfacique φφ (ou irradiance) de 1 0001~000 W·m-2.

1. Déterminer la puissance maximale PmaxP_{\text{max}} délivrée par le panneau.

2. En déduire la tension UmaxU_{\text{max}} puis l’intensité ImaxI_{\text{max}} au point de puissance maximale.

3. Déterminer la puissance lumineuse reçue par le panneau PlumP_{\text{lum}}.

4. En déduire le rendement du panneau photovoltaïque.

Caractéristiques

Rendement d’un panneau photovoltaïque

Courbes I=f(U)I = f(U) et P=f(U)P = f(U) du panneau photovoltaïque pour différents flux de rayonnement surfacique φφ.

Protocole de réponse

1. Procéder par lecture graphique en utilisant la courbe P=f(U)P = f(U) correspondant à la bonne valeur d’irradiance.

2. Pour obtenir UmaxU_{\text{max}}, utiliser la courbe P=f(U)P = f(U), puis pour obtenir ImaxI_{\text{max}}, utiliser la courbe I=f(U)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.

Solution rédigée

1. On détermine PmaxP_{\text{max}} la puissance maximale délivrée par le panneau en lisant l’ordonnée du maximum de la courbe P=f(U)P = f(U) pour une irradiance de 1 0001~000 W·m‑2. On trouve Pmax=270P_{\text{max}} = 270 W.

2. Sur la courbe P=f(U)P = f(U), pour une irradiance de 1 0001~000 W·m-2, l’abscisse du point PmaxP_{\text{max}} correspond à UmaxU_{\text{max}}. On obtient ainsi Umax=35U_{\text{max}} = 35 V.
Pour trouver ImaxI_{\text{max}}, il faut utiliser la courbe I=f(U)I = f(U) pour une irradiance de 1 0001~000 W·m-2 et lire l’ordonnée correspondant au point d’abscisse Umax=35U_{\text{max}} = 35 V. On trouve Imax=7,5I_{\text{max}} = 7{,}5 A.

3. La puissance lumineuse reçue par le panneau est :
    Plum =φSP_{\text {lum }}=\varphi · S
AN : Plum =1 000×1,520×1,475=2,2×103P_{\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 φφ.

4. Un panneau photovoltaïque convertit l’énergie lumineuse en énergie électrique. Ainsi, le rendement du panneau photovoltaïque est :
η=Eeˊlectrique Elumineuse \eta=\dfrac{E_{\text {électrique }}}{E_{\text {lumineuse }}}

On peut exprimer ce rapport en fonction des puissances :
    η=PmaxPlum\eta=\dfrac{P_{\max }}{P_{\mathrm{lum}}}

AN : η=2702,2×103=0,12=12\eta=\dfrac{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 600600 W·m-2 et conclure quant à l’influence de l’irradiance sur le rendement du panneau photovoltaïque.
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