Panneaux photovoltaïques, batteries d'accumulateurs. Concours CAPLP 2020.

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Panneaux photovoltaïques.
30. Proposer une définition de l'irradiance solaire.
L'irradiance solaire correspond au flux de rayonnement provenant du soleil.
31. Proposer un protocole permettant de tracer une caractéristique intensité-tension d'un panneau photovoltaïque.
On réalise au laboratoire l’étude d’une cellule photovoltaïque. On dispose d’une résistance variable, d’un ampèremètre, d’un voltmètre et d’une lampe à incandescence de puissance nominale 40 W.
La cellule photovoltaïque est placée en série avec la résistance variable. Pour différentes valeurs de R, on relève ensuite la tension aux bornes de la cellule et l’intensité du courant dans le circuit.

32. Sur la courbe ci-dessous, pour une puissance solaire surfacique de 200 W m-2, placer :
a. Le point de fonctionnement A correspondant à l'intensité de court-circuit.
b.
Le point de fonctionnement B correspondant à un circuit ouvert.
c.
Le point de fonctionnement C correspondant à la puissance électrique maxximale Pc ; déterminer sa valeur.

PC ~13 W.

33. Evaluer la puissance moyenne totale consommée par le dispensaire en Wh / jour puis en watt.
20 lampes à LED de 6 W utilisées en moyenne 4 heures par jour :  20 x6 x4 =480 Wh / jour.
Radio de 100 W utilisée 6 heures par jour : 600 Wh / jour.
Réfrigérateur 860 Wh / jour.
Total :  Pconso =1940 Wh / jour soit 1940 x3600 / (24 x3600)=80,8 W.
34. Evaluer la puissance crête totale de l'installation photovoltaïque nécessaire pour le dispensaire.
Surface d'un panneau : S = 1 m2.
paroi en m. la puissance produite n'est que 65 % de celle qu'on aurait pu attendre.
Pctot = 13 x 0,65 = 8,45 W.
35. En déduire le nombre de panneaux à installer.
80,8 / 8,45 =9,56 soit 10 panneaux.

Les batteries d'accumulateurs au plomb.
36. Que répondre à la question d'un élève " Qu'est ce qu'une pile rechargeable " ?
Une pile rechargeable est un accumulateur électrique que l'on peut recharger une centaine de fois quand elle ne produit plus d'élecricité.
37. Proposer une correction de l'exercice suivant :
Les courbes représentent les évolution de la tension ( ou force électromotrice f.e.m) U en volt et de la masse volumique µ en g / L d'une batterie d'accumulateurs au plomb pendant 10 heures de décharge et 10 heures de charge.

a. Quelle est la force électromotrice de cette batterie en début de la décharge ? Comment évolue la tension délivrée par la batterie au cours de la décharge ?
b. En considérant l'espèce chimique qui se dépose sur les électrodes, justifier l'expression " " durant la décharge les électrodes se sulfatent".
c. Comment évolue la masse volumique de l'électrolyte au cours de la décharge ?
Corrigé :
a. La tension aux bornes de la batterie au début de la décharge est 13,2 V ; elle diminue au cours de la décharge de 13,2 V à 10,2 V.
b. Il se forme du sulfate de plomb insoluble lors de la décharge ; ce dernier se dépose sur les électrodes.
c. la masse volumique de l'électrolyte  :
- diminue pendant la première heure de décharge :
- est pratiquement constante pendant près de 7 heures de décharge.
- diminue rapidement durant les deux dernières heures de décharge.

38. On dispose de 12 accumulateurs identiques de tension nominale 12 V et de capacité électrique 200 Ah. Considérant que les besoins sont de 48 V et 600 Ah proposer un schéma de câblage de ces accumulateurs.

39. Les appareils électriques sont prévus pour être alimentés par la tension du secteur. Quel appareil permet de transformer une tension continue en courant alternatif ?
Un onduleur.
40. Réaliser une correction de la question 1 de la partie II et de la question 4.2 de la partie II.


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Dimensionnement du support du panneau solaire
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On appelle D l'axe perpendiculaire sortant du plan de la feuille et passant par B. Le référentiel d'étude est le référentiel terrestre.
Masse du panneau m = 12 kg ; d = 1,0 m ; a = 20°.
La nature du contact en A fait que la droite d'action de la force de réaction du support sur le panneau en A, notée RA est orthogonale au panneau.
42. Donner la relation vectorielle vérifiée par ces trois forces à l'équilibre.

43. Vérifier que le moment MD du poids par rapport à D est d'environ 56 Nm.
Bras de levier : ½d cos a = 0,5 x cos 20 ~0,47 m ; MD = 12 x10 x0,47 ~56 N m.
44. Déterminer RA.
Moment MRA de RA par rapport à D est : -d RA = -RA.
Moment MRB de RB par rapport à D est : nulle, la direction de la force rencontre l'axe.
A l'équilibre : 56 -RA = 0 ; RA = 56 N.
45. Justifier le tracé de la direction de la force RB.
A l'équilibre les trois droites, directions des forces, sont concourantes.
46 Déterminer RB.
Projections de la somme vectorielle des forces  :
- sur la direction de RA : RA -mg cos 20  +RB sin ß = 0.
RB sin ß =mg cos 20 -RA (1)
- sur la direction AB : RB cos ß =mg sin 20 (2).
(1) / (2) donne : tan ß = (mg cos 20 -RA ) / (mg sin 20)
tan ß = (120 cos 20 -56) / (120 sin 20) =1,383 ; ß =54,12°.
RB  =mg sin 20 / cos ß ~70 N.




  

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