Td corrigé Transfert thermique - Académie de Lyon pdf

Transfert thermique - Académie de Lyon

Energies solaire : conversions photovoltaïque et thermique. ... Objectifs : Tracer la caractéristique courant / tension d'un panneau solaire pour deux éclairements  ...




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FICHE 1
PRÉSENTATION

TitreRENDEMENT D’UN PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE Type d'activitéProposition d’expérimentation Objectifs de l’activitéCaractéristique courant/tension et puissance électrique délivrée / tension / détermination du rendement du panneau pour différents éclairementsRéférences par rapport au programmeCette activité illustre le thème de L'HABITAT

et le sous thème Gestion de l'énergie dans l'habitat

en classe de Term STI 2D
Notions et contenus

Energies solaire : conversions photovoltaïque et thermique.
Modèle corpusculaire de la lumière, le photon.
Energie d’un photon.Compétences attendues

Mettre en œuvre une cellule photovoltaïque.
Effectuer expérimentalement le bilan de puissance énergétique d’un panneau photovoltaïque
Conditions de mise en œuvrePrérequis : acquis de 1ère STI2D
Durée : 1h30 – 2h
Contraintes matérielles : ordinateur pour traitement des mesures.Remarques
Annexe : fiche méthode utilisation d’un tableur (excel)

AuteurMme CharreAcadémie de LYON

FICHE 2
LISTE DU MATÉRIEL


Tp

Le matériel à prévoir pour manipulation du professeur.

Panneau solaire
Lampe halogène (500W)
Variateur
Ampèremètre
Voltmètre
Solarimètre SL100
Rhéostat (100( - 1,8A)
Ordinateur (tableur)


Le matériel à prévoir pour les manipulations des élèves.

Panneau solaire
Lampe halogène (500W)
Variateur
Ampèremètre
Voltmètre
Solarimètre SL100
Rhéostat (100( - 1,8A)
Ordinateur (tableur)




FICHE 3
RENDEMENT D’UN PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE
Fiche pour le professeur

Objectifs : Tracer la caractéristique courant / tension d’un panneau solaire pour deux éclairements différents
Tracer de la caractéristique puissance / tension pour ces deux éclairements.
Calculer le rendement du panneau solaire au point nominal.


La cellule photovoltaïque :

1°/ Quelle conversion d’énergie effectue une telle cellule ? Donner l’expression de son rendement.
2°/ Produit-elle une tension continue ou alternative ?

Protocole expérimental :
On souhaite tracer la caractéristique courant/tension délivrés par ce panneau pour deux éclairements différents lorsqu’il est éclairé par une lampe halogène.
1°/ Lister le matériel nécessaire à cette manipulation :
Panneau / lampe halogène / solarimètre / ampèremètre / voltmètre / rhéostat.

2°/ Représenter le schéma du montage à réaliser.













3°/ Expliquer la démarche expérimentale pour la conduite des mesures.
On agit sur le rhéostat pour faire varier le courant délivré par le panneau et on relève pour chaque point les valeurs de U et de I.
III. Mesures :
1°/ Pour deux éclairements différents, à l’aide d’un tableur, établir un tableau de mesure.
Pour 670 W.m-² :
U (V)0,710,680,660,620,580,520,430,260,120I (mA)0102030405060707578Pour 1300 W.m-² :
U (V)0,780,770,760,740,720,690,660,60,460,350,250I (mA)010203040,26180110140148151155
2°/ Rajouter une ligne au tableau pour la puissance électrique fournie par le panneau et calculer sa valeur pour chacun des points de mesure.
P= U.I
Pour 670 W.m-² :
U (V)0,710,680,660,620,580,520,430,260,120I (mA)0102030405060707578P=U.I (mW)06,813,218,623,22625,818,290

Pour 1300 W.m-² :
U (V)0,780,770,760,740,720,690,660,60,460,350,250I (mA)010203040,26180110140148151155P=U.I (mW)07,715,222,228,9442,0952,86664,451,837,750
IV. Exploitation des mesures :
1°/ Tracer la caractéristique I=f(U) de ce panneau pour les deux éclairements.

2°/ Peut-on dire que le panneau solaire est un générateur parfait ? Justifier. Déterminer sur les deux graphes la tension à vide et le courant de court-circuit du panneau. Comment varie la tension à vide et le courant de court-circuit en fonction de l’éclairement ? ….
3°/ Tracer la caractéristique P= f(U) du panneau pour les deux éclairements.

4°/ Commenter l’allure de cette caractéristique.
Max => puissance délivrée la plus grande => meilleur rendement => point de fonctionnement
5°/ Identifier sur les deux courbes les points où P est à sa valeur maximale. Donner pour les 2 éclairements les valeurs de P, U et I.
6°/ Déterminer le rendement du panneau utilisé pour les deux éclairements.
Calcul de la surface du panneau : 40 mm x 56 mm soit S= 2,24.10-3 m²
Pour 670 W.m-² : Pélectrique = 0,52x50x10-3=0,026 W et Plumineuse= 670x2,24.10-3=1,5W donc (=0,026/1,5=1,7%
Pour 1300 W.m-² : Pélectrique = 0,6x110x10-3=0,066 W et Plumineuse= 1300x2,24.10-3=2,9W donc (=0,066/2,9=2,3%

CompÉtences expÉrimentales associÉes au TP :
Grille d’évaluation ( Professeur )


AECANAPREPARER LE MONTAGE :   Déterminer un protocole expérimental :     Øð      lister le matériel     Øð      faire le schéma du montage    Øð      expliciter la démarche expérimentale    REALISER LE MONTAGE :   Branchement des appareils de mesure :    Øð      Placer correctement le panneau par rapport à la lampe    Øð      Effectuer le câblage panneau & rhéostat :     Øð      Câbler un ampèremètre :    identification des bornes   branchement Øð      Câbler un voltmètre :  identification des bornes    branchement   MESURER LES GRANDEURS :    Øð      Sélectionner la position (AC ou DC) sur les multimètres     Øð      Utiliser doc solarimètre     Øð     Dresser un tableau de mesure sous tableur   EXPLOITER LES MESURES :   Sous tableur :    Øð     utiliser les formules pour le calcul de la puissance Øð     tracer une courbe     Øð      superposer plusieurs courbes    Øð      présentation : grandeurs + unités     Øð      présentation : nommer le graphe   Analyser ce graphe :     Øð      identifier les points de fonctionnement   









FICHE 4
RENDEMENT D UN PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE
Fiche ELEVE

Objectifs : Tracer la caractéristique courant / tension d’un panneau solaire pour deux éclairements différents.
Tracer la caractéristique puissance / tension pour ces deux éclairements.
Calculer le rendement du panneau solaire au point nominal.


La cellule photovoltaïque :

1°/ Quelle conversion d’énergie effectue une telle cellule ? Donner l’expression de son rendement.

2°/ Produit-elle une tension continue ou alternative ?

Protocole expérimental :

On souhaite tracer la caractéristique courant/tension délivrés par ce panneau pour deux éclairements différents lorsqu’il est éclairé par une lampe halogène.

1°/ Lister le matériel nécessaire à cette manipulation.

2°/ Représenter le schéma du montage à réaliser.

3°/ Expliquer la démarche expérimentale pour la conduite des mesures.

Mesures :

1°/ Pour deux éclairements différents, à l’aide d’un tableur, établir un tableau de mesure.

2°/ Rajouter une ligne au tableau pour la puissance électrique fournie par le panneau et calculer sa valeur pour chacun des points de mesure.


IV. Exploitation des mesures :

1°/ Tracer la caractéristique I=f(U) de ce panneau pour les deux éclairements.

2°/ Peut-on dire que le panneau photovoltaïque est un générateur parfait ? Justifier. Déterminer sur les deux graphes la tension à vide et le courant de court-circuit du panneau. Comment varie la tension à vide et le courant de court-circuit en fonction de l’éclairement ?

3°/ Tracer la caractéristique P= f(U) du panneau pour les deux éclairements.

4°/ Commenter l’allure de cette caractéristique.

5°/ Identifier sur les deux courbes les points où P est à sa valeur maximale. Donner pour les 2 éclairements les valeurs de P, U et I.

6°/ Déterminer le rendement du panneau utilisé pour les deux éclairements.




CompÉtences expÉrimentales associÉes au TP :
Grille d’auto-évaluation ( Elève )


je sais …OUINONPREPARER  Protocole expérimentalØð      lister le matériel   Øð      faire le schéma du montage  Øð      expliquer ma démarche expérimentale   REALISER  Placer correctement le panneau par rapport à la lampe choisir les bornes Effectuer le câblage panneau & rhéostat 
Voltmètrechoisir les bornes   brancher l'appareil  Ampèremètrechoisir les bornes   brancher l'appareil  MESURER  Øð      Sélectionner la position (AC ou DC) sur les multimètres Øð      Utiliser doc solarimètre   Øð     D4BCDUst  B ôåÜѼ¤wÑbwVB+V,hâu#hézøB*CJOJQJ]^JaJphÿ&hªOB*CJOJQJ]^JaJphÿhézø56CJ\aJ)h)¨56B*CJOJQJ^JaJphÿ/hâu#hézø56B*CJOJQJ^JaJphÿ)h!E56B*CJOJQJ^JaJphÿ/h!Eh!E56B*CJOJQJ^JaJphÿ)h­YË56B*CJOJQJ^JaJphÿhézø56CJaJhézø56CJhézø5CJOJQJ\^Jhézø5CJOJQJDEUtùôôåÓqåd Ÿ$¤d$G$Ifa$akd$$IfT”uÖ0¦ÿðC%€J€Sö%ööÖÖÖÖÿ4Ö4Ö
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