Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable ENERGIE SOLAIRE ENERGIE SOLAIRE

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1 Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable ENERGIE SOLAIRE 1 ère STI2D CI8 : Mesures énergétiques TP3 EE ENERGIE SOLAIRE INSTRUCTIONS PERMANENTES DE SÉCURITÉ 1. Avant toute mise sous tension, le professeur vérifie le montage et contrôle le calibrage des appareils de mesure. 2. La mise sous tension et hors tension du poste (consignation, déconsignation) est effectuée en présence du professeur. 3. Toute intervention nécessitant l ouverture d un circuit électrique (installation d un appareil) est effectuée hors tension. 4. Pendant la phase ou le poste est sous tension, l élève travaille sans modifier le câblage du circuit (relevés de mesures ). 5. En cas de problèmes sur un poste de travail voisin, vous devez impérativement couper l alimentation du poste en activant le bouton d arrêt d urgence le plus proche. C EST LE PROFESSEUR QUI DONNE, APRÈS AVOIR PROCÉDÉ À LA CONSIGNATION DU POSTE, L AUTORISATION DE DÉMONTAGE TP3 CI8 Energie solaire.docx Lycée Jules Ferry Versailles 1/7

2 Mise en situation / Problématique L atelier scientifique et technique "Energie et environnement" du lycée Jules Ferry a installé des panneaux photovoltaïques sur le toit du lycée. Un particulier souhaite utiliser le même type de panneaux mais ne sait pas combien il lui en faut pour l utilisation qu il souhaite en faire. Vous êtes chargés, à travers une étude des caractéristiques électriques d un panneau, de définir le nombre de panneaux solaires nécessaires à l installation de ce particulier. Cahier des charges Le particulier rénove un appartement de type T1. Il souhaite alimenter un chauffe- eau électrique grâce à des panneaux solaires. Le chauffe- eau, de marque «ATLANTIC», choisis dans la gamme «ACI- VISIO», doit avoir une capacité de 75 litres. Les caractéristiques des chauffe- eau de la gamme ACI- VISIO sont les suivantes : TP3 CI8 Energie solaire.docx Lycée Jules Ferry Versailles 2/7

3 1. Caractéristiques d un panneau photovoltaïque 1.1. Dans le but de caractériser électriquement un des panneaux solaires du toit du lycée, préparer un tableau sous le logiciel Excel afin de relever plusieurs valeurs de la tension U aux bornes du panneau en fonction du courant I fourni par ce dernier. Prévoir également une ligne pour le calcul de la puissance P. Votre tableau doit ressembler à ceci : I (A) 0 Imax U (V) Umax 0 P (W) Préparer le montage suivant : (NE PAS LE RACCORDER AU PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE!) + I A U V Rhéostat - APPELER LE PROFESSEUR POUR VERIFICATION 1.3. En présence du professeur, mesurer la tension à vide aux bornes du panneau puis le courant en court- circuit (Imax). Raccorder ensuite votre montage au panneau solaire. Faire varier alors le courant grâce au rhéostat et relever la tension aux bornes du panneau. Reporter l ensemble de vos mesures dans le tableau préparé précédemment Calculer la puissance des différents points de mesures avec Excel Tracer les caractéristiques U = f(i) (tension en fonction du courant) et P = f(i) (puissance en fonction du courant) avec Excel Imprimer votre document Excel avec le tableau et les graphiques demandés et le joindre à votre compte- rendu A partir de la documentation technique du panneau photovoltaïque, figurant en annexe, relever la puissance du panneau P fournie par le constructeur. Comparer à la puissance max mesurée. Commenter l éventuelle différence. TP3 CI8 Energie solaire.docx Lycée Jules Ferry Versailles 3/7

4 2. Rendement du panneau photovoltaïque 2.1. Régler le rhéostat de manière à avoir le maximum de puissance possible d après la caractéristique P = f(i) déterminée précédemment. Une fois réglé, relever en même temps : La tension U et le courant I fournit par le panneau. Le rayonnement solaire R (en W/m²) avec le solarimètre (ou pyranomètre) en se plaçant au plus près de la fenêtre. APPELER LE PROFESSEUR POUR VERIFICATION 2.2. A partir de la documentation technique du panneau photovoltaïque, figurant en annexe, calculer la surface utile Su en m² des cellules solaires Calculer la puissance du panneau Pp à partir des mesures précédentes. En déduire la puissance électrique Pe récupérée en W/m² Calculer alors le rendement du panneau. Comparer à celui donné par le constructeur (rendement module). TP3 CI8 Energie solaire.docx Lycée Jules Ferry Versailles 4/7

5 3. Etude de l installation Comme le chauffe- eau ne fonctionnera pas forcément au moment où les panneaux produiront de l électricité, cette dernière sera stockée dans des batteries. Pour définir le nombre de panneaux, il ne faut donc pas juste raisonner en termes de puissance mais en termes d énergie. L énergie électrique est définie par le produit de la puissance électrique d un appareil par son temps de fonctionnement. Elle définit la quantité d électricité consommée ou fournie par l appareil. Il faut donc que les panneaux produisent quotidiennement suffisamment d énergie par rapport à celle qui sera consommée par le chauffe- eau. Bilan énergétique du chauffe- eau : 3.1. À partir des caractéristiques des chauffe- eau données par le constructeur, donner pour le chauffe- eau considéré : La puissance consommée Pc en kw (kilowatt), Le temps de chauffe tc en h (heure), La consommation d entretien We en kwh (kilowattheure) par jour Calculer alors l énergie Wc (en kwh) consommée quotidiennement par le chauffe- eau. On donne : Wc=Pc tc+we Bilan énergétique d un panneau photovoltaïque : 3.3. A partir de la puissance d un panneau solaire donnée par le constructeur et en considérant qu il est éclairé au minimum 8 heures par jour, déterminer l énergie quotidienne minimum fournie par un panneau Wp (en kwh). Conclusion : 3.4. A partir de l énergie fournie quotidiennement par un panneau Wp et de celle consommée par le chauffe- eau Wc, calculer le nombre minimal de panneaux Np nécessaire pour le bon fonctionnement de l installation (arrondir à l entier supérieur) Calculer à partir des dimensions d un panneau sa surface S (en m²). En déduire la surface totale St (en m²) recouverte par tous les panneaux solaires. TP3 CI8 Energie solaire.docx Lycée Jules Ferry Versailles 5/7

6 ANNEXE TP3 CI8 Energie solaire.docx Lycée Jules Ferry Versailles 6/7

7 TP3 CI8 Energie solaire.docx Lycée Jules Ferry Versailles 7/7