TD N1 [PDF]

Zitiervorschau

TD : Systèmes photovoltaïques

Exercice 1 : Un panneau solaire est composé de cellules photovoltaïques permettant de transformer l’énergie fournie par le soleil. Chaque cellule a une puissance P égale à 1,2 W et une tension nominale U égale à 0,48 V. 1. Calculer l’intensité maximale fournie par cette cellule. 2. Les panneaux solaires sont composés de cellules photovoltaïques montées en série pour obtenir une tension nominale de 12V. Calculer le nombre de cellules de tension nominale 0,48V nécessaires pour obtenir un panneau solaire de tension nominale 12V. 3. Dans la plupart des cas, les panneaux solaires servent à recharger une batterie qui permet d’alimenter des appareils électriques. Le schéma ci-dessous représente la chaîne énergétique de la charge de la batterie par les panneaux solaires. Compléter le schéma en choisissant parmi les propositions suivantes :  Énergie thermique  Turbine  Énergie chimique  Lampe  Panneaux photovoltaïques  Énergie mécanique  Soleil  Fils

Le panneau solaire est de forme rectangulaire. Il a les dimensions suivantes : 427 mm × 633 mm correspondant à une aire de surface 0,27 m². 4. Calculer la puissance absorbée par le panneau solaire. 5. Calculer le rendement du panneau solaire s’il fournit une puissance égale à 30 W

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Exercice 2 Une batterie de cellules photovoltaïques a une surface réceptrice de 8 m². Son taux de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique est de 15 %. Le rayonnement solaire apporte en moyenne, chaque seconde, 1 kJ/m². Elle fonctionne 10 heures par jour. 1. Calculer l’énergie solaire reçue en une journée par la batterie lors de son fonctionnement. 2. En déduire l’énergie électrique fournie en une journée par la batterie de cellules.

Exercice 3 : Dimensionnement des batteries. La production d'énergie par panneau photovoltaïque ne peut se faire que dans la journée et par beau temps alors que les besoins en énergie restent bien présents la nuit ou par mauvais temps. Il est donc nécessaire de stocker de l'énergie avec pour contrainte imposée de pouvoir fonctionner environ quatre jours sur la réserve. L'énergie nécessaire est stockée dans un parc de batteries, assemblées de telle façon que la tension disponible soit de 24 V continu. A.2.1. Calculer, en Wh, l'énergie stockée Estockée nécessaire au fonctionnement souhaité. A.2.2. Pour des raisons liées à la technologie des accumulateurs, l'énergie emmagasinée dans une batterie ne peut être utilisée entièrement. Le modèle de batterie présent sur le site est caractérisé par une profondeur de décharge de 70% (seuls 70% de l'énergie emmagasinée peuvent être restitués). Calculer l'énergie Ebatterie qui doit être accumulée dans la batterie pour garantir le fonctionnement souhaité. A.2.3. Les caractéristiques des batteries sont données pour une température ambiante de 20 ° C. La courbe suivante illustre la variation de la capacité Q de la batterie en fonction de la température ambiante. La capacité est de 100 % à 20° C.

A.2.3.1. Montrer par une analyse dimensionnelle que Ebatterie= Q.U avec Q la capacité de la batterie (exprimée en A.h) et U la tension aux bornes de la batterie. 2

A.2.3.2. L'installation étant alimentée sous 24 V, calculer en Ah la capacité Q du parc de batteries pour que le site fonctionne normalement pendant une durée de quatre jours et à température moyenne de -10 ° C. A.2.4.

Le parc de batteries est constitué d'éléments de 12 V - 100 Ah.

Calculer le nombre d'éléments nécessaires et représenter sur le document réponse n° 1 le schéma de câblage de leur association.

Exercice 4 : BTS Etk 2007 Nouméa (Error! Reference source not found.)

Chaque panneau solaire est assimilé à une source de courant. Afin d'optimiser la puissance fournie par le panneau solaire, on maintient à ses bornes la tension UP égale à 17,5V. A.2.1 - Exprimer UC en fonction de UP puis IC en fonction de IP. A.2.2 - Le hacheur parallèle maintient la tension aux bornes du capteur solaire égale à UC = 192,5 V. Justifier le choix de cette valeur. A.2.3 - Exprimer la puissance PC délivrée par le capteur solaire en fonction de UC et de IC. Pour UP = 17,5V tracer la caractéristique IP en fonction de l'éclairement E exprimé en W.m sur le document réponse 1.

-2

En déduire que pour cette même valeur de UP, la puissance délivrée est PC = 1,44.E A.2.4 - Calculer la surface totale SC du capteur solaire. Exprimer la puissance lumineuse reçue Plum en fonction de l'éclairement E. En déduire le rendement énergétique du capteur solaire :



Pc Plum

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Annexe 2 - Capteur solaire Schéma de montage du capteur solaire Le capteur solaire est constitué de 33 panneaux élémentaires de dimensions 1m x 0,4 m interconnectés comme représenté sur le schéma ci-contre.

Caractéristiques électriques des panneaux solaires en fonction de l'éclairement La caractéristique électrique de chaque panneau solaire dépend de l'ensoleillement E exprimé en W.m-2.

Les points sur les caractéristiques électriques identifient les points de fonctionnement correspondant à une puissance maximale pour chaque valeur de l'ensoleillement.

Ensoleillement en fonction de l'heure au cours d'une journée type

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