Étude des panneaux solaires conversion...

Première STI2D

Lampadaire autonome LuméaLampadaire autonome Luméa RéférenceRéférence : : E2-ACT2E2-ACT2

Étude des panneaux solairesConversion d’énergie

CENTRE D'INTÉRÊT CI6 : Solutions constructives relatives à la chaîne d’énergie.

Compétences visées CO4-1 : Identifier et caractériser les fonctions et les constituants d’un système ainsi que ses entrées / sorties.CO4-4 : Identifier et caractériser les solutions techniques relatives aux matériaux, à la structure, à l’énergie et

aux informations d’un système.

Connaissances associées 3.1.3 Typologie des solutions constructives de l'énergieSystème d’énergie mono sourceSystème énergétique multi-source.

Prérequis Symbole des appareils de mesures, utilisation du voltmètre et d’une pince à effet Hall en wattmètre.Principe succinct de fonctionnement des installations à capteurs solaires (thermiques et photovoltaïques).

Conditions de réalisation

2 heures

Nature de l'activité Organisation de l'activité

TD Étude de cas TP

Le texte de TP est conçu pour faire office de

compte-rendu une fois les réponses inscrites

dans les espaces prévus à cet effet.

Les montages et certaines mesures sont à faire

contrôler par un enseignant.

Ressources 1 Luméa, 1 support de projecteur équipé, 1 platine variateur, 1 boîtier intermédiaire, 2 écrans opaques, 1 analyseur de PV, 1 voltmètre, 1 pince MX 215, 1 luxmètre.

Fiches ressourcesDT_log-Solar-Module-Analyzer-essentiel (logiciel livré avec l'analyseur)

Cahier des charges

Logiciel de l’analyseur de panneau photovoltaïque « Solar Module Analyser 6A ».Logiciel « graph » ou un tableur quelconque.

Dans les activités qui suivent, nous allons découvrir puis mettre en œuvre un système d’éclairage reposant sur l’énergie solaire.

Document élève / E2-ACT2 /18 10/7/12

ETTM

I

Objectifs du TP : Effectuer et exploiter quelques mesures afin de caractériser les panneaux solaires équipant le système. Mettre en service et examiner les puissances en jeu.

Objectifs du TP : Effectuer et exploiter quelques mesures afin de caractériser les panneaux solaires équipant le système. Mettre en service et examiner les puissances en jeu.

E

Nom : Classe :Prénom :

Première STI2D

I. PRÉAMBULE DES ACTIVITÉS: L’EXPLOITATION DE L’ÉNERGIE SOLAIRE

LA RESSOURCE SOLAIRE : l’énergie la plus durable de la planète !

Directement ou indirectement, l’origine de la plupart des sources d’énergies renouvelables est le soleil.(quelques exceptions : la géothermie et l’énergie marémotrice…).

Le soleil produit de l’énergie en abondance (beaucoup plus que ce que nous pouvons consommer !)La haute atmosphère terrestre reçoit environ 1300 W/m2. Environ un tiers de cette puissance est réfléchie dans l'espace, une partie est absorbée par l'atmosphère (ce qui est une des raisons des vents), le reste, 1000 W/m2 par temps dégagé, parvient au sol. En faisant une moyenne de l'énergie reçue à la surface de la France, chaque mètre carré reçoit annuellement une énergie équivalente à 100l de pétrole, ou encore 1000 kWh.

L’exploitation directe de l’énergie solaire au moyen de capteurs relève de deux technologies bien distinctes.

Q1. Nommer ces deux technologies et en donner brièvement le principe.

II. DESCRIPTION SUCCINCTE DU « LUMEA»

Le Luméa est destiné à éclairer et sécuriser des zones ou les solutions traditionnelles d’éclairage ne peuvent être mises en œuvre.

Ce lampadaire se veut autonome en énergie.

Il possède deux modes de fonctionnement :

• allumage en mode veille à la détection du crépuscule,• éclairage pleine puissance pendant 45s, à la détection de présence par capteurs infrarouges.

L’éclairage est assuré par 5 LEDs de puissance de 130 lumen chacune.Le constructeur annonce 40 heures d’autonomie à pleine puissance.


M

I

EETT

Réponse :


Première STI2D

Sa constitution est détaillée sur les figures suivantes.

Q2. À partir du schéma ci-dessus, déterminer les différentes sources d’énergie exploitées pour le fonctionnement du Luméa. Préciser les conversions réalisées sur ces sources.

Il existe 2 grandes familles de générateurs photovoltaïques :

• Les installations raccordées au réseau dont l’électricité produite est injectée dans le réseau collectif (ERDF ou autre).

• Les installations autonomes destinées à alimenter sur place certaines fonctions, soit sans autre source d’énergie, soit avec une source complémentaire (on parle alors de systèmes hybrides).

Q3. Dans quel type d’installation le Luméa peut-il se classer ?

Q4. Sur le schéma descriptif du Luméa, on remarque une batterie. Quelle peut-être sa fonction ?


M

I

EETT

Réponse :

Réponse :

Réponse :


Première STI2D

Q5. De quelle nature (alternative ou continue) est la tension électrique fournie par un panneau photovoltaïque ?

PRÉSENTATION DU BOÎTIER DE MESURES DU SYSTÈME ET

RACCORDEMENTS À RESPECTER

ComposantMesure de tension

entre les bornesBatterie 1 - 2Éolienne 4 - 5Panneau solaire 1

7 - 8

Panneau solaire 2

7 - 10

ComposantMesure de courant

entre les bornesBatterie 2 - 3Éolienne 5 - 6Panneau solaire 1

8 - 9

Panneau solaire 2

10 – 1 1


M

I

EETT

Réponse :


Première STI2D

III. ACTIVITÉ 1 - DÉTECTION DE LUMINOSITÉ PAR LES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES

Dans cette manipulation, le commutateur ON/OFF de la partie communication sans fil reste sur OFF.On utilisera un projecteur commandé par un variateur de lumière pour éclairer le Luméa (voir en page 6).

• Aveugler les 2 panneaux solaires à l'aide d’écrans opaques.

• Vérifier qu’un des panneaux est bien positionné face au projecteur et que ce dernier est éteint.

Q6. Sur le schéma ci-dessous, placer un voltmètre (en position DC) sur l’un des panneaux solaires. Faire vérifier par l’enseignant et, en sa présence, procéder au raccordement sur le système.

Q7. Proposer à l’enseignant un moyen simple de vérifier que la mesure de tension se fait bien sur le panneau placé face au projecteur. Procéder à la vérification et le cas échéant modifier, soit l’orientation du « Luméa », soit le raccordement du voltmètre.

• Utiliser la platine « variation de lumière », le boîtier de raccordement intermédiaire et le projecteur sur son support. Raccorder l’ensemble, puis placer une pince à effet Hall (MX215) selon le schéma ci-après. Faire vérifier le montage par l’enseignant.

NB : La mesure de la puissance appelée par le projecteur (et son variateur) permettra de fixer des points de mesures bien identifiés.


M

I

EETTETTETTETTETTETT

Réponse :


Première STI2D

Abréviations utilisées par la suite: PVE : panneau photovoltaïque étudié ;

PVO : panneau photovoltaïque occulté ;PV : ensemble des 2 panneaux photovoltaïques.

Les résultats des mesures qui suivent devront être consignés dans le tableau de la page suivante.

Q8. Mesurer les tensions de sortie des 2 panneaux photovoltaïques lorsqu’ils sont équipés de leurs écrans. Les résultats sont-ils cohérents ? Vérifier que les masques sont totalement opérationnels, si besoin, les ajuster.

Retirer seulement l’écran du panneau étudié (PVE) et relever la nouvelle valeur obtenue. Mesurer également l’éclairement du PVE à l’aide du luxmètre à disposition (prendre ces mesures au milieu du panneau en veillant à bien se positionner afin de ne pas projeter d’ombre à l’emplacement du luxmètre!).

Les mesures qui suivent seront exécutées en utilisant le projecteur aux puissances inscrites dans le tableau.


M

I

EETTETTETTETTETTETT

Résultats : V panneau 1

= …… V panneau 2

= ……


Première STI2D

de consignation des résultats.

NB : On utilisera le variateur de lumière et la pince MX 215 pour régler les différentes puissances du projecteur !

Faire le premier point de mesure avec le projecteur en présence de l’enseignant.

Q9. Compléter le tableau ci-après :

N°

État projecteur(ON / OFF)

Puissance projecteur

(W)

État Panneau photovoltaïque

non étudié(PVO)


Étudié(PVE)

Tension de sortie du

PVE(V)

Valeur lue au

luxmètre sur le PVE

(lux)

1 éteint 0 occulté occulté ……… ………

2 éteint 0 occulté Non occulté ……… ………

3 allumé 50 occulté Non occulté……… ………







10

allumé 400 occulté Non occulté……… ………


M

I

EETTETTETTETTETTETT


Première STI2D

Exploitation des mesures

Q10. Quelle est l’information importante fournie par les mesures n°1 et 2 ?

Q11. Tracer, sous le logiciel « graph », la courbe de la tension de sortie du PVE en fonction de la luminosité mesurée au luxmètre.

Q12. Repérer, sur la courbe, la zone ou le panneau est le plus sensible aux variations de l’éclairement. Comment évolue la tension de sortie du panneau aux éclairements supérieurs à 5000 lux ?


M

I

EETTETTETTETTETTETT

Réponse :

Réponse :

Courbe :


Première STI2D

Q13. Semble-t-il possible d’utiliser le PV en tant que détecteur de luminosité ? Exploiter également le document fourni en annexe 2 (complément de la courbe tracée ci-dessus). Si on considère le tableau de l’annexe 3, qu’obtiendrait-on en sortie de panneau :

• au crépuscule par temps clair, • un jour entièrement couvert (voir annexe 2)?

IV. ACTIVITÉ 2 – CARACTÉRISATION DU PV AVEC L'ANALYSEUR "VA 200"

Pour cette activité, nous utiliserons le matériel suivant :

• Platine de variation de lumière,• Boîtier de raccordement au secteur,

• Projecteur sur son support,• Analyseur VA 200 + Poste informatique (logiciels : Solar Module Analyzer 6A, Graph).

Raccorder l’ensemble selon le schéma de la page 6 et brancher le VA 200 comme précisé ci-dessous :

Q14. Proposer, sur le schéma, un n° de borne en cohérence avec le raccordement adopté en activité 1.Utiliser des cordons de 4mm !

L’analyseur VA 200 succinctement décrit ci-après sera utilisé en mode automatique (Auto scan).

La procédure du travail à réaliser est présentée en page 11.


M

I

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Réponse :


Première STI2D

Fonction Auto Scan

1. Allumer la source lumineuse de référence afin d’éclairer le panneau solaire de manière uniforme.2. Appuyer sur le bouton AUTO SCAN afin de lancer le balayage automatique.3. L’appareil mesure automatiquement les paramètres suivants: Vopen (tension à vide), Ishort (courant de court-

circuit), Pmax, Vmaxp, et Imaxp. À partir de ces données, l’appareil lance une simulation et trace les courbes I-V / V-I et P-V / P-I sur l’écran LCD.

4. L’utilisateur peut alors déplacer le curseur pour revoir les valeurs en un point donné le long de la courbe.

Ci-contre : exemple de relevé obtenu.

Travail à réaliser

• Occulter le panneau non étudié, vérifier que le projecteur est perpendiculaire au panneau PVE.• En présence de l’enseignant, régler la puissance du projecteur à 400W. Pour cela utiliser le variateur

de lumière ainsi que la pince MX215 fournie.• Lancer un « auto scan » directement depuis le VA-200 (on pourrait aussi le faire après connexion au

PC, sous l’application « Solar Module Analyzer 6A »). Enregistrer le résultat en appuyant sur la touche « REC » du VA 200 (penser à noter le n° d’enregistrement).

• Connecter la sortie USB du VA 200 à un PC. Lancer Solar Module Analyzer 6A. Cliquer sur l’icône communication (en haut à gauche), puis sous « Load ». Le logiciel récupère les données du VA 200. Penser à bien sélectionner le n° d’enregistrement (« sample : prélèvement, échantillon ») noté précédemment !

Q15. Sous l’application logicielle, en déplaçant la souris, récupérer les points nécessaires aux tracés sous « graph » des courbes suivantes : V = f(I), P=g(I).

V PVE en V I PVE en A P PVE en W…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..

…………….. …………….. ……………..


Il y a un temps de retard avant que l’appareil commence le balayage automatique “Auto Scan”. Ce temps de retard permet d’allumer la source lumineuse de référence avant que l’“Auto Scan” commence.

M

I

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Première STI2D

Q16. Tracer, ci-dessous, les courbes précitées.

Q17. Donner les valeurs de Pmax, Imax, et Vmax.

Q18. Pour quel courant débité a-t-on la puissance maximale délivrée ? À quelle tension de sortie de PVE cela correspond-t-il ?

Q19. Déterminer les dimensions de la partie efficace du panneau, calculer sa surface en m2.

Q20. À partir des mesures réalisées calculer la puissance crête que pourrait produire ce panneau, dans les mêmes conditions d’éclairement au m², s’il faisait 1m sur 1m.


M

I

EETTETTETTETTETTETT

Réponse :

Réponse :

Réponse :

Réponse :


Première STI2D

Q21. D’après son constructeur un panneau photovoltaïque de ce type est, capable de produire, à puissance maximale, 110 à 130W/m² par grand soleil. Que peut-on conclure quand on compare nos résultats avec cette valeur annoncée ?


M

I

EETTETTETTETTETTETT

Réponse :


Première STI2D

Q22. À partir de la documentation des panneaux, fournie en annexe, compléter le tableau comparatif ci-après. Les résultats de la question précédente, sont-ils confirmés ?

V. ACTIVITÉ - COMPLÉMENTAIRE : MESURES DES PUISSANCES EN JEU.

Demander, si besoin, le matériel nécessaire au montage représenté en annexe 4. Effectuer le raccordement. Les mesures des différentes puissances se feront en plusieurs fois suivant la disponibilité du matériel et en fonction de la démarche à mettre en place. Faire vérifier l’ensemble par l’enseignant.

Les mesures sur les panneaux se feront, à tour de rôle, avec le projecteur à sa pleine puissance dirigé face au PV étudié.

Q23. Proposer un moyen permettant de faire fonctionner l’éclairage à plein, lors de la mesure de la puissance délivrée par la batterie.

Q24. Compléter le tableau suivant :

P produite par les panneaux photovoltaïques (W)

P délivrée par la batterie(W)

Ptot = PPV1 + PPV2 = ……….. + …………..

= …………

………..

Éteindre le projecteur.


M

I

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Réponse :Caractéristiques Électriques - Données constructeurs - (STC : 1000W/m², 25°C)Valeurs mesurées dans les conditions de l’essaiTension à vide : Vopen (V) ……..……..

Courant de court-circuit: Ishort (A) ……..……..

Puissance max : Wp (W)……..……..

Tension à p max : Vmp (V)……..……..

Courant à p max : Imp (A)……..……..

Bilan :

Réponse :


Première STI2D

Q25. Quel est le constituant du Luméa qui fournit la puissance électrique aux LEDs ?

Q26. Quel est véritablement le rôle des panneaux photovoltaïques ?

Q27. Dans les conditions de l’activité*, combien de temps faudrait-il aux PV pour fournir à la batterie l’énergie qu’elle perd pendant 45 secondes de fonctionnement ? On suppose que pendant ce temps le Luméa n’est plus sollicité. On rappelle que l’énergie W est définie par :

W = P x tavec : P puissance en W, t : temps en secondes,W : énergie en J.1J = 1Watt x 1 seconde.

∗ À comparer aux intensités lumineuses obtenues en extérieur sous lumière naturelle.

Déposer le raccordement et ranger le poste de travail !


M

I

EETTETTETTETTETTETT

Réponse :

Réponse :

Réponse :


Première STI2D

Annexe 1: Documentation technique des panneaux photovoltaïques.


M

I

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Première STI2D

Annexe 2: Complément de mesures réalisées sur les panneaux photovoltaïques:

« essai sous basse luminosité ».


M

I

EETTETTETTETTETTETT

Tension panneau sous très faible irradiance et sans lumière artificielleRelevés réalisés à la lum ière naturelle au t ravers d'une vit re ( variat ion o bt enue p ar des stores)- mars 201 2.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

-0.5

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

lux mesurés

tension panneau à vide (V)


Première STI2D

Annexe 3: Exemples de valeurs d’intensité lumineuse rencontrées.

Intensité lumineuse Exemple

120 000 lux Soleil direct

20 000 lux Ciel bleu à midi

10000 - 25000 lux Ciel nuageux à midi

400 lux Aube ou au crépuscule, par temps clair

< 200 lux Ciel très nuageux

40 lux Entièrement couvert

< 1 lux Nuage de tempête, cas exceptionnels

<1 lux Clair de lune

0.25 lux Pleine lune par une nuit claire

0.01 lux Quartier de lune

0.002 lux Ciel étoilé sans lune

0.0001 lux Ciel couvert sans lune


M

I

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Première STI2D

Annexe 4: Schéma de raccordement des appareils de mesures pour l’activité complémentaire.

Rappel : on obtient la puissance en calculant le produit : V x I.


M

I

EETTETTETTETTETTETT

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2DM

Lampadaire autonome LUMEALampadaire autonome LUMEA RéférenceRéférence : : E2-ACT2bisE2-ACT2bis

Étude des panneaux solaires Conversion d’énergie

CENTRE D'INTÉRÊT CI6 : Solutions constructives relatives à la chaîne d’énergie.

Compétences visées CO4-1 : Identifier et caractériser les fonctions et les constituants d’un système ainsi que ses entrées / sorties.

CO4-4 : Identifier et caractériser les solutions techniques relatives aux matériaux, à la structure, à l’énergie et

aux informations d’un système.

Connaissances associées 3.1.3 Typologie des solutions constructives de l'énergie

Système d’énergie mono source

Système énergétique multi-source.

Prérequis Symbole des appareils de mesures, utilisation du voltmètre et d’une pince à effet Hall en wattmètre.

Principe succinct de fonctionnement des installations à capteurs solaires (thermiques et photovoltaïques).

Conditions de réalisation

2 heures

Nature de l'activité Organisation de l'activité

TD Étude de cas TP

Le texte de TP est conçu pour faire office de

compte-rendu une fois les réponses inscrites

dans les espaces prévus à cet effet.

Les montages et certaines mesures sont à faire

contrôler par un enseignant.

Ressources 1 valise solaire, 1 support de projecteur équipé, 1 platine variateur, 1 boîtier intermédiaire, 2

écrans opaques, 1 rhéostat de charge 330 Ω, 1 analyseur de PV, 1 voltmètre, 1 pince MX 215,

1 luxmètre.

Fiches ressources DT_log-Solar-Module-Analyzer-essentiel

Cahier des charges

Logiciel de l’analyseur de panneaux photovoltaïques « Solar Module Analyser 6A ».Logiciel « graph » ou un tableur quelconque.

Document élève / E2-ACT2bis Page 1/13 10/7/12

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I ETT

Objectifs du TP : Effectuer et exploiter quelques mesures afin de caractériser les panneaux solaires équipant le système.

Mettre en service et faire le bilan de puissance du système après avoir décodé son schéma de principe de

fonctionnement.

Objectifs du TP : Effectuer et exploiter quelques mesures afin de caractériser les panneaux solaires équipant le système.

Mettre en service et faire le bilan de puissance du système après avoir décodé son schéma de principe de

fonctionnement.

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

Dans les activités qui suivent, nous allons découvrir puis mettre en œuvre un système de production électrique reposant sur l’énergie solaire.

I. PRÉAMBULE DES ACTIVITÉS: L’EXPLOITATION DE L’ÉNERGIE SOLAIRE

LA RESSOURCE SOLAIRE : l’énergie la plus durable de la planète !

Directement ou indirectement, l’origine de la plupart des sources d’énergies renouvelables est le soleil.

(quelques exceptions : la géothermie et l’énergie marémotrice…).

Le soleil produit de l’énergie en abondance (beaucoup plus que ce que nous pouvons consommer !)

La haute atmosphère terrestre reçoit environ 1300 W/m2. Environ un tiers de cette puissance est réfléchie

dans l'espace, une partie est absorbée par l'atmosphère (ce qui est une des raisons des vents), le reste,

1000 W/m2 par temps dégagé, parvient au sol. En faisant une moyenne de l'énergie reçue à la surface de

la France, chaque mètre carré reçoit annuellement une énergie équivalente à 100l de pétrole, ou encore

1000 kWh.

L’exploitation directe de l’énergie solaire au moyen de capteurs relève de deux technologies bien distinctes.

Q1. Nommer ces deux technologies et en donner brièvement le principe.


EM

I

ETT

Réponse :

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

II. PRÉSENTATION DES « VALISES SOLAIRES»


EM

I

ETT

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

DESCRIPTIF DE LA FACE AVANT DU SYSTÈME

1 Interrupteur général Marche /Arrêt.

2 Touche de défilement de messages apparaissant

sur l'afficheur.

3 Fusible de batterie 16A retardé.

4 Emplacements des cavaliers.

5 Zone 220VAC 50Hz.

6 Interrupteur marche / arrêt pour la partie 220VAC

50Hz.

7 Bornes de sortie diamètre 4mm 220VAC 50Hz.

Attention les bornes portant le repère 7 ne doivent en aucun cas être court-circuitées (pas de cavalier) !

CARACTERISTIQUES TECHNIQUES Dimensions utiles d'un panneau: 36 x 31 ,5 cm.

Puissance crête de chaque panneau, à la température de

25°C, pour une irradiation solaire de 1000 W/m² : 12,5W.

Tension photovoltaïque en circuit ouvert: 21 ,5V.

Tension d'utilisation : 17,5V.

Courant d'utilisation d'un panneau: 860mA.

Courant de court-circuit d'un panneau: 970mA.

Batterie Li-ion 20Ah 12VDC.

Convertisseur: 12VDC / 220VAC 50Hz 150W.


EM

I

ETT

AFFICHEUR LCD

Avertissement: cet afficheur fournit des indications qui en aucun cas ne

doivent être considérées comme des mesures, en raison de leur manque

de précision. Ces indications renseignent essentiellement sur l'état de la

batterie. Des pressions successives sur la touche de visualisation, située

immédiatement dans le coin inférieur droit de l'afficheur font défiler les

messages suivants:

puissance de sortie / Out Pow *.*** W;

charge en % de la batterie / Battery **/** %;

tension de la batterie / Bat Vol **,** V;

intensité débitée par la batterie / Bat Cur *,***A;

tension de charge de la batterie / CHG Vol **,** V;

courant de charge de la batterie / CHG Cur *,***A;

température ambiante / Sys Temp **,** ;

température de la batterie: Bat temp **,** ;

état de l'interrupteur de mise en charge / Charge ON ou OFF :

état de l'interrupteur de décharge / Discharge ON ou OFF

tension trop basse de la batterie / Low voltage: cesser

immédiatement de consommer et mettre la batterie en charge ;

tension trop élevée de la batterie / Over voltage: cesser

immédiatement charger la batterie ;

température excessive de la batterie / over température: arrêter

immédiatement la charge ou la décharge de la batterie.

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

III. ACTIVITÉ - 1 : DÉTECTION DE LUMINOSITÉ PAR LE PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE

Dans cette manipulation, le commutateur général ON/OFF de la valise solaire doit rester sur OFF.• Aveugler les 2 panneaux solaires à l'aide d’écrans opaques.

• Vérifier que le panneau solaire inclinable est bien placé face au projecteur et que ce dernier est

éteint.

• Placer un voltmètre (en position DC) sur le panneau solaire selon le schéma ci-dessous.

• Utiliser la platine « variation de lumière », le boîtier de raccordement intermédiaire et le projecteur

sur son support. Raccorder l’ensemble, puis placer une pince à effet Hall (MX215) selon le schéma

de la page suivante. Faire vérifier le montage par l’enseignant.

NB : La mesure de la puissance appelée par le projecteur (et son variateur) permettra de fixer des points

de mesures bien identifiés.


EM

I

ETTETTETTETTETTETTETT

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

Abréviations utilisées par la suite: PVF : panneau photovoltaïque fixe ;

PVI : panneau photovoltaïque inclinable ;

PV : ensemble des 2 panneaux photovoltaïques.

Les résultats des mesures qui suivent devront être consignés dans le tableau de la page suivante.

• Mesurer la tension de sortie des panneaux photovoltaïques lorsqu’ils sont équipés de leurs écrans.

• Retirer seulement l’écran du panneau inclinable (PVI) et relever la nouvelle valeur obtenue.

• Mesurer également l’éclairement du PVI à l’aide du luxmètre à disposition (prendre ces mesures au milieu du panneau en veillant à bien se positionner afin de ne pas projeter d’ombre à

l’emplacement du luxmètre!).

Les mesures qui suivent seront exécutées en utilisant le projecteur aux puissances inscrites dans le tableau

de consignation des résultats.


EM

I


Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

NB : On utilisera le variateur de lumière et la pince MX 215 pour régler les différentes puissances du projecteur !

Faire le premier point de mesure avec le projecteur en présence de l’enseignant.

Q2. Compléter le tableau ci-après :

N°État

projecteur(ON / OFF)

Puissance projecteur

(W)


Fixe


inclinable

Tension de sortie du PV

(V)

Valeur lue au luxmètre sur le PVI

(lux)

1 éteint 0 occulté occulté ……… ………

2 éteint 0 occulté Non occulté ……… ………









Exploitation des mesures

Q3. Quelle est l’information importante fournie par les mesures n°1 et 2 ?


EM

I


Réponse :

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

Q4. Tracer, sous le logiciel « graph », la courbe de la tension de sortie du PVI en fonction de la luminosité

mesurée au luxmètre.

Q5. Repérer, sur la courbe, la zone ou le panneau est le plus sensible aux variations de l’éclairement.

Comment évolue la tension de sortie du panneau aux éclairements supérieurs à 2000 lux ?

Q6. Semble-t-il possible d’utiliser le PV en tant que détecteur de luminosité ?

IV. ACTIVITÉ - 2 : CARACTÉRISATION DU PV AVEC L’ANALYSEUR « VA 200 »

Pour cette activité, nous utiliserons le matériel suivant :

• Platine de variation de lumière,

• Boîtier de raccordement au secteur,

• Projecteur sur son support,

• Analyseur VA 200 + Poste informatique (logiciels : Solar Module Analyzer 6A, Graph).


EM

I


Réponse :

Réponse :

Courbe :

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

Raccorder l’ensemble selon le schéma de la page 6 et brancher le VA 200 comme précisé ci-dessous :

Utiliser des cordons de 4mm !L’analyseur VA 200 succinctement décrit ci-après sera utilisé en mode automatique (Auto scan).

La procédure du travail à réaliser est présentée en page 11.

Fonction Auto Scan

1. Allumer la source lumineuse de référence

afin d’éclairer le panneau solaire de

manière uniforme.

2. Appuyer sur le bouton AUTO SCAN afin de

lancer le balayage automatique.

3. L’appareil mesure automatiquement les

paramètres suivants: Vopen (tension à

vide), Ishort (courant de court-circuit),

Pmax, Vmaxp, et Imaxp. À partir de ces

données, l’appareil lance une simulation et trace les courbes I-V / V-I et P-V / P-I sur l’écran LCD.

4. L’utilisateur peut alors déplacer le curseur pour revoir les valeurs en un point donné le long de la

courbe.

Ci-contre : exemple de relevé obtenu.


EM

I


Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

Travail à réaliser

• Occulter le panneau fixe, vérifier que le projecteur est perpendiculaire au panneau inclinable.

• En présence de l’enseignant, régler la puissance du projecteur à 400W. Pour cela utiliser le variateur de

lumière ainsi que la pince MX215 fournie.

• Lancer un « auto scan » directement depuis le VA-200 (on pourrait aussi le faire après connexion au PC, sous

l’application « Solar Module Analyzer 6A »). Enregistrer le résultat en appuyant sur la touche « REC » du VA

200 (penser à noter le n° d’enregistrement).

• Connecter la sortie USB du VA 200 à un PC. Lancer Solar Module Analyzer 6A. Cliquer sur l’icône

communication (en haut à gauche), puis sous « Load ». Le logiciel récupère les données du VA 200. Penser à

bien sélectionner le n° d’enregistrement (« sample : prélèvement, échantillon ») noté précédemment !

Q7. Sous l’application logicielle, en déplaçant la souris, récupérer les points nécessaires aux tracés sous

« graph » des courbes suivantes : V = f(I), P=g(I).

V PVI en V I PVI en A P PVI en W

……… ……… ………

……… ……… ………

……… ……… ………

……… ……… ………

……… ……… ………

……… ……… ………

……… ……… ………

……… ……… ………

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Q8. Tracer ci-dessous, les courbes précitées.


Il y a un temps de retard avant que l’appareil commence le balayage automatique “Auto Scan”. Ce temps de retard permet d’allumer la source lumineuse de référence avant que l’“Auto Scan” commence.

EM

I


Courbes :

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

Q9. Donner les valeurs de Pmax , Imax, et Vmax.

Q10. Pour quel courant débité a-t-on la puissance maximale délivrée ? À quelle tension de sortie du PV

cela correspond-t-il ?

Q11. Mesurer les dimensions de la partie efficace du panneau, calculer sa surface en m2.

Q12. À partir des mesures réalisées calculer la puissance crête que pourrait produire ce panneau, dans les

mêmes conditions d’éclairement au m², s’il faisait 1m sur 1m.

Q13. D’après son constructeur un panneau photovoltaïque de ce type est, capable de produire, à puissance maximale, 100 à 130W/m² par grand soleil. Que peut-on conclure quand on compare nos

résultats avec cette valeur annoncée ?


EM

I


Réponse :

Réponse :

Réponse :

Réponse :

Réponse :

Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

V. ACTIVITÉ - COMPLÉMENTAIRE : UTILISATION DU PANNEAU EN ASSOCIATION À LA BATTERIE ET AU RÉGULATEUR

Demander, si besoin, le matériel nécessaire au montage représenté ci-dessous. Effectuer le

raccordement. Les mesures des différentes puissances se feront en 2 ou 3 fois suivant la disponibilité

des appareils. Faire vérifier l’ensemble par l’enseignant.

Les mesures se feront avec les deux panneaux exposés au projecteur éclairant à sa pleine puissance. Placer l'interrupteur général sur la position ON.

En présence de l’enseignant, le rhéostat étant réglé à 330Ω, fermer l'interrupteur « AC 220V AC 50Hz ».


EM

I


Nom : Classe :

Prénom :

Première STI2D

Q14. Compléter le tableau suivant

P produite par le panneau photovoltaïque (W)

P produite par la batterie(W)

P absorbée par la charge(W)

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Placer l’interrupteur AC sur OFF, ensuite faire de même avec l’interrupteur général. Éteindre le projecteur.

Q15. Quel élément fournit véritablement la puissance à la charge ?

Q16. Quel est véritablement le rôle des panneaux photovoltaïques ?

Q17. Calculer le total de la puissance produite.

Q18. En déduire le rendement du système (puissance récupérée par la charge / puissance totale produite).

Déposer le raccordement et ranger le poste de travail !


EM

I


Réponse :

Réponse :

Réponse :

Réponse :

Étude des panneaux solaires conversion...

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