L'effet photovoltaïque, onduleur. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . ...... ..... Découvert en 1839 par A. Becquerel, l'effet photovoltaïque permet la transformation de l'énergie lumineuse en énergie électrique. Lorsqu'un photon suffisamment énergétique frappe la jonction PN au niveau de la bande de déplétion, il fait passer un électron de la bande de valence à la bande de conduction, et crée ainsi une paire électron libre - trou libre. Sous l'action du champ électrique dans la zone de déplétion, l'électron et le trou vont se déplacer dans le semi-conducteur. Les cellules photovoltaïques fonctionnent sur ce principe. 25. Exprimer l'énergie d'un photon en précisant le nom et l'unité de chaque terme. Après avoir rappelé l'intervalle des longueurs d'onde dans le vide correspondant à la lumière visible, exprimer les énergies minimale et maximale des photons pour la lumière visible. E = h v = h c / l. h : cponstante de Planck ; v : fréquence en Hz ; l : longueur d'onde ( m) ; c : célérité de la lumière dans le vide ( m / s). Les longueurs d'onde du visible sont comprises entre 400 ( bleu) et 800 nm ( rouge ). Emini = 6,62 10-34 x 3 108 /(800 10-9) =2,48 10-19 J ou 1,55 eV. .Emaxi = 6,62 10-34 x 3 108 /(400 10-9) =4,96 10-19 J ou 3,10 eV. 26. Comparer l'énergie de gap du silicium ( 1,11 eV ) aux valeurs des énergies des photons de la lumière visible. Quelle en est la conséquence lorsqu'une jonction est éclairée par de la lumière visible ? Les énergies des photons de la lumière visible sotn supérieures au gap du silicium. Ils sont donc tous absorbés. 27. Représenter le champ électrique en différents points de la zone de déplétion, ainsi que les forces électriques subies par un électron ou un trou qui serait situé dans cette zone. 28 Lorsqu'on place une résistance aux bornes de la jonction PN, on constate que celle-ci est traversée par un courant électrique. Expliquer l'origine de ce courant. Indiquer son sens. Des paires d'électrons trous sont créées au niveau de la jonction lors de l'absorption des photons. Sous l'action du champ électrique, les trous se déplacent vers la gauche et les électrons vers la droite. D'où l'existence d'un courant électrique i. La cellule photovoltaïque. Les caractéristiques tension-intensité d'une cellule photovoltaïque obtenues pour différentes valeurs de la puissance surfacique lumineuse reçue sont données. La température de la cellule est maintenue à 25 °C. 29. Préciser sur le symbole normalisé de la cellule ( diode de jonction ), les conventions d'orientation de l'intensité et de la tension. ... 30. Pour une puissance surfacique de 1000  W m-2, déterminer à partir de la figure : - la tension à vide U0 aux bornes de la cellule en circuit ouvert. - l'intensité Icc du courant électrique qui traverse la cellule lorsqu'elle est en court-circuit. U0 = U ( I = 0) = 0,6 V ; Icc= I( U = 0) = 3 A. 31. Recevant une puissance surfacique  de 1000 W m-2, la cellule alimente une résistance  de valeur R. Déterminer R pour que la puissance fournie à la résistance soit maximale. R = 0,48 / 2,7 ~0,18 ohm. Les cellules sont assemblées pour donner des panneaux photovoltaïques. On donne les caractéristiques du panneau pour plusieurs valeurs de la puissance surfacique d'ensoleillement. 32. Indiquer en justifiant comment sont associées les cellules photovoltaïques pour obtenir un panneau photovoltaïque. Faire un schéma de cette association. Icc total  = 9 A = 3 Icc ; U0 total ~42 V = 70 U0. On associe 70 cellules en série. On monte en parallèle 3 fois 70 cellules en série. 33. Proposer une activité expérimentale réalisanle en classe de Sti2d,en lien avec les trois questions précédentes. But : déterminer le rendement nominal d'un panneau solaire ? Matériel : un panneau solaire, un projecteur, une résistance variable de 1 à 100 ohms , un luxmètre, un voltmètre, un ampèremètre, des fils, un ordinateur équioé d'un tableur grapheur comme régressi. Résultats : tracer la caractéristique I = f(U) ou P = f(U) ; en déduire la puissance nominale. Le luxmètre donne la puissance surfacique reçue par le panneau. Mesure les dimensions du panneau pour déterminer sa surface. Calculer le rendement et conclure. .... Des panneaux photovoltaïques au réseau électrique. Un onduleur permet de transférer l'énergie électrique des panneaux photovoltaïques, source d'énergie électrique continue, à une charge fonctionnant en alternatif. L'énergie électrique ainsi produite est directement consommée par le propriètaire de l'installation ou délivrée à un réseau de distribution. Cette partie étudie le principe de fonctionnement d'un onduleur.   34. Donner les caractéristiques électriques de la tension v délivrée par EDF : fréquence, valeur efficace, amplitude. Tracer son chronogramme v(t). Valeur efficace : 230 V ; fréquence : 50 Hz ; période 0,02 s ; amplitude 230 x2½~325 V. Le schéma du circuit électrique modèlisant l'onduleur est ke suivant : E est la force électromotrice constante et positive d'une source de tension idéale. La commande des interrupteurs que l'on suppose parfaits est la suivante : pour 0 < t < 0,5 T, K1 et K3 sont fermés et K2 et K4 sont ouverts. pour 0,5T < t <  T, K1 et K3 sont ouverts et K2 et K4 sont fermés. 35. Tracer le chronogramme de la tension u(t). Pour 0 < t < 0,5 T, u(t) = E. Pout 0,5 T < t < T, u(t) = -E. 36. Définir la valeur efficace d'un signal périodique quelconque puis établir la valeur efficace de la tension u(t) en fonction de E. Comparer à la valeur efficace d'un signal sinusoïdal d'amplitude E. 37. La décomposition en série de Fourier de u(t) s'écrit : Comment appelle-t-on le premier terme et les termes suivants ? Justifier que cette décomposition ne fait apparaître que des fonctions sinus. Le premier terme est le fondamental et les termes suivants sont les harmoniques. u(t) est une fonction impaire : sa décomposition en série de Fourier ne comporte que des fonctions imapires, donc des fonctions sinus. 38. Représenter le spectre en amplitude de la fonction u(t). Justifier que l'association RLC est un filtre qui permet d'obtenir en sortie une tension u(t) sinusoïdale similaire à celle du réseau EDF avec en entrée la tension u(t). Nommer le filtre et représenter l'allure de son diagramme de Bode. Fréquence du fondamental f1 ; fréquence des harmoniques : fn = (2n+1) f1. Amplitude des harmoniques : 4E / (p (2n+1)). Le circuit RLC est un filtre passe bande ; s(t) = uR(t) et e(t) = uR(t) + uL(t) +uc(t). Fonction de transfert complexe : H(jw) = R / (R + j(Lw-1/(Cw)). On pose : H(jw) = s / e expression du gain G(w): norme de la fonction de transfert g = 20 log G(x) = -10 log [ 1+Q²(x-1/x)²], g exprimé en décibel (dB) recherche des asymptotes : lorsque x tend vers 0+, g tend vers moins l'infini 1 est négligeable devant Q²/ x² g équivalent à : -20 logQ + 20 log x équation de l'asymptote.(pente 20 dB par décade) lorsque x tend vers l'infini, g tend vers moins l'infini : 1 est négligeable devant Q²x² g équivalent à : -20 logQ - 20 log x équation de l'asymptote.(pente -20 dB par décade)     39. Sur un toit orienté au sud-est et incliné de 30° par rapport à l'horizontale ( facteur de correction 0,96 ), un particulier a installé 10 panneaux photovoltaïques dont les caractéristiques sont données ci-dessus. A partir des données ci-dessous, estimer l'énergie maximale que pourra produire ce particulier au cours d'une journée en considérant qu'un système de régulation permet au panneau de délivrer une puissance maximale. Détailler les calculs. Entre 8 h et 14 heures la puissance surfacique croît de manière à peu près linéaire ; elle décroît de 14 h à 20h de manière à peu près linéaire. Puissance moyenne reçue par les panneaux solaires : Pmoy = 1/(20-8) ( 800 (14-8) / 2 +800 (20-14) / 2)= 400 W m-2. Puissance crète correspondante : 142,1 W. Tenir compte du facteur de correction : 0,96 x142,1 ~136 W. Energie totale : 136 x10 x24 ~3,3 104 Wh = 33 kWh par jour.

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