Annales gratuites Bac STI Génie Electrotec. : Etude des panneaux solaires

Partie E : Etude des panneaux solaires

Aucune connaissance préalable sur les panneaux solaires n'est nécessaire.
Un panneau solaire photovoltaïque produit de l'énergie électrique à partir de l'énergie lumineuse reçue. Il peut être considéré comme un générateur continu.
Les caractéristiques courant-tension d'un panneau solaire, pour deux ensoleillements différents, sont représentées sur la figure 9 ci-dessous.

1. Etude dans le cas d'un ensoleillement optimal : la caractéristique courant-tension correspond à la courbe 1.
1.1. Déterminer la valeur de la tension à vide d'un panneau solaire.
1.2. Déterminer l'intensité du courant du court-circuit.
1.3. Déterminer la puissance électrique fournie par le panneau pour une tension de fonctionnement égale à 35 V.
1.4. En déduire l'énergie électrique produite en 10 heures d'ensoleillement.

2. Etude dans le cas d'un ensoleillement plus faible : la caractéristique courant-tension correspond à la courbe 2.
Déterminer la puissance électrique fournie par un panneau pour une tension de fonctionnement égale à 35 V.

3. Pour disposer d'une puissance suffisante pour alimenter l'exploitation agricole, il faut associer plusieurs panneaux.
3.1. Quel est l'intérêt d'une association en série ?
3.2. Quel est l'intérêt d'une association en parallèle ?

4. La puissance maximale délivrée par chaque panneau vaut 150 W.
L'installation doit pouvoir fournir une puissance maximale égale à 2100 W.
4.1. Combien de panneaux faut-il utiliser ?
4.2. La tension de fonctionnement nominal d'un panneau à puissance maximale est égale à 35 V. L'installation doit délivrer une tension de 70 V. Comment les panneaux doivent-ils être associés ? (pour répondre, un schéma peut suffire)
4.3. Déterminer l'intensité du courant débité par l'installation lors d'un fonctionnement à puissance maximale.

I - LES RESULTATS

Partie E

1.1. U_v = 44 V
1.2. I_cc = 4,6 A
1.3. P₁= 150 W
1.4. W= 5,4 MJ ou W = 1,5 kW.h

2. P₂ = 88 W

3.1. On obtient une tension plus élevée aux bornes de l'ensemble.
3.2. On obtient une intensité plus élevée.

4.1. Il faut 14 panneaux.
4.2. Voir schéma ci-dessous
4.3.I_max = 30 A

II - LES RESULTATS COMMENTES ET DETAILLES

Partie E

1.1. La tension à vide U_v se détermine lorsque I = 0 A.
On a donc U_v = 44 V.
1.2. L'intensité I_cc du courant de court-circuit se détermine lorsque U = 0 V. On a donc I_cc = 4,6 A.
1.3. On a P₁ = U × I = 35× 4,3 soit P₁= 150 W (la valeur de I se lit graphiquement).
1.4. L'énergie W est égale à W = P₁ × t = 150 × 10 × 3 600 (car une heure = 3 600 secondes). On a donc W= 5,4 MJ.
On peut aussi exprimer l'énergie en W.h : W = 150 x 10 soit W = 1,5 kW.h.

2. Pour U = 35 V, on a ici I = 2,5 A soit P₂=88 W.

3.1. Pour une association série, les tensions s'ajoutent. On obtient donc une tension plus élevée aux bornes de l'ensemble.
3.2. Pour une association parallèle, les intensités s'ajoutent. On obtient donc une intensité plus élevée.

4.1. Il faut panneaux.

4.2. Pour obtenir une tension de 70V, il faut grouper les panneaux en 2 groupes branchés en série. Dans chaque groupe, les panneaux sont en parallèle afin d'augmenter l'intensité délivrée et donc la puissance.

4.3. L'intensité débitée par l'installation est la même que celle débitée par un groupement de 7 panneaux. Chaque panneau délivre 4,3 A donc l'intensité totale est de 30 A.