Série d’exercices Mini centrale solaire Un hangar agricole (Drôme) a sa toiture équipée d’un champ photovoltaïque (ensemble de panneaux solaires) Données techniques : •Puissance totale crête (maximale) fournie par le champ photovoltaïque Ptc : 60kW •Panneaux solaires ref : Photowatt PWX 500 : Les caractéristiques I en fonction de U pour différentes puissances d’ensoleillement (kW/m²) figurent ci-dessus ainsi que les hyperboles d’équi-puissance (Courbes pour lesquelles le produit U*I est constant) •Chaque panneau est constitué de 36 cellules polycritallines carrées de dimension L = 101,5mm de côté.

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 1. Quelle puissance crête Pc peut fournir un panneau solaire lorsque l’ensoleillement est de 1kW/m² ? Argumentez votre réponse en précisant le point Pc sur la caractéristique.

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 1. Quelle puissance crête Pc peut fournir un panneau solaire lorsque l’ensoleillement est de 1kW/m² ? Argumentez votre réponse en précisant le point Pc sur la caractéristique. La puissance crête Pc que peut fournir un panneau solaire lorsque l’ensoleillement est de 1kW/m² est égale à 50 Wc. La reconstruction de Pc en fonction de U montre que le maximum se situe à 50 Wc. De même, les courbes d’équipuissance montrent que celle de 50 W est tangente à la caractéristique I = f(U) du panneau dans sa zone de fonctionnement nominal.

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 2. Déterminer le nombre de panneaux n nécessaires pour constituer le champ solaire puis la surface S de toiture nécessaire. Ptc = 60 kW = n . Pc  n = 60 000/50 = 1200 panneaux Comme chaque panneau à une surface S = L² = 0,1015² = 0,0103 m² On a St = n . S = 1200 . 0,0103 St = 12,36 m²

Série d’exercices Mini centrale solaire L’ensemble des n panneaux est connecté à un onduleur qui permet le transfert d’énergie sur le réseau électrique EDF. Pour chaque panneau, on peut modéliser l’onduleur comme une résistance de charge Rc de 4,8  . Question 3. Tracer la droite de charge sur la caractéristique du panneau, puis indiquer le point de fonctionnement P1 pour un ensoleillement de 1kW/m². Déterminer U1 et I1 fournis par le panneau.

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 3. Tracer la droite de charge sur la caractéristique du panneau, puis indiquer le point de fonctionnement P1 pour un ensoleillement de 1kW/m². Déterminer U1 et I1 fournis par le panneau.

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 3. Tracer la droite de charge sur la caractéristique du panneau, puis indiquer le point de fonctionnement P1 pour un ensoleillement de 1kW/m². Déterminer U1 et I1 fournis par le panneau. Tracé de la droite de charge : Pour U = 10 V on a Ic = 10/4,8  2,1 A Par construction graphique, on trouve : U1 = 14 V et I1 = 3,05 A

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 4. A partir des résultats de la question précédente, déterminer le rendement énergétique 1 du panneau..

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 4. A partir des résultats de la question précédente, déterminer le rendement énergétique 1 du panneau.. P1 = U1 . I1 = 14 . I1 = 42,7 W pour une irradiance de 1 kW/m² Cette irradiance est à rapporter à la surface du panneau qui est composé de 36 cellules. On a donc la puissance rayonnée en entrée du panneau, telle que : Pe (panneau) = Pe . S = 1000 . 0,01031 . 36 = 371,16 W h1 = 42,7 / 371,16 = 11,5 % h1 = 11,5 %

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 5. Déterminer le rendement 2 du panneau lorsque l’ensoleillement diminue à 0,4 kW/m² (ciel très voilé).

Série d’exercices Mini centrale solaire Question 5. Déterminer le rendement 2 du panneau lorsque l’ensoleillement diminue à 0,4 kW/m² (ciel très voilé). P2 = U2 . I2 = 5,8 . 1,2 = 7 W pour une irradiance de 0,4 kW/m² Cette irradiance est à rapporter à la surface du panneau qui est composé de 36 cellules. On a donc la puissance rayonnée en entrée du panneau, telle que : P’e (panneau) = P’e . S = 400 . 0,01031 . 36 = 148,5 W h2 = 7 / 148,5 = 4,7 % h1 = 4,7 %

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture On a procédé, ci-dessus, à un relevé de la tension de la batterie en fonction du courant débité par celle-ci Question 6. Déterminer les paramètres E et R du modèle équivalent. Justifier votre démarche.

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture Question 6. Déterminer les paramètres E et R du modèle équivalent. Justifier votre démarche. E = 13,8 V valeur de U pour I = 0 R = (13,8 – 10,8)/(100 – 0) = 3/100 R = 0,03 W

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture On estime que, lorsqu’il est alimenté par la batterie, la consommation du démarreur est équivalente à une résistance D = 0,14 Question 7. Placer cette résistance D sur le schéma à droite du relevé.

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture On estime que, lorsqu’il est alimenté par la batterie, la consommation du démarreur est équivalente à une résistance D = 0,14 Question 7. Placer cette résistance D sur le schéma à droite du relevé.

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture On estime que, lorsqu’il est alimenté par la batterie, la consommation du démarreur est équivalente à une résistance D = 0,14 Question 7. Tracer la droite de charge du démarreur sur le relevé. Déterminer le point de fonctionnement graphiquement.

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture On estime que, lorsqu’il est alimenté par la batterie, la consommation du démarreur est équivalente à une résistance D = 0,14 Question 7. Tracer la droite de charge du démarreur sur le relevé. Déterminer le point de fonctionnement graphiquement.

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture On estime que, lorsqu’il est alimenté par la batterie, la consommation du démarreur est équivalente à une résistance D = 0,14 Question 7. Déterminer le point de fonctionnement par le calcul (poser les 2 équations et résoudre le système)

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture On estime que, lorsqu’il est alimenté par la batterie, la consommation du démarreur est équivalente à une résistance D = 0,14 Question 7. Déterminer le point de fonctionnement par le calcul (poser les 2 équations et résoudre le système) 1ère équation : U = 13,8 – 0,03 . I 2ème équation : U = 0,14 . I Pour trouver le point de fonctionnement, on égalise les deux équations : 13,8 – 0,03 . I = 0,14 . I  on trouve I = 81,1 A et pour trouver U, on remplace dans l’une des équations pour avoir U = 11,3 V

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture En voulant tester la batterie, le garagiste provoque un court-circuit Question 8. Quelle est la valeur présumée de ce court-circuit

Série d’exercices Mini centrale solaire Modélisation d’une batterie de voiture En voulant tester la batterie, le garagiste provoque un court-circuit Question 8. Quelle est la valeur présumée de ce court-circuit Icc = E / R = 443 D’où Icc = 443 A