Exercice N°5: solaire photovoltaïque

Le solaire photovoltaïque

Durée prévue : 1h00

Problématique :  Analyser, du point de vue énergétique, l’utilisation d’un produit industriel

Objectif : révisions sur le solaire photovoltaïque

Prérequis : Notions fondamentales sur l’énergie solaire et sur l’énergie électrique

Modalités : TD sous forme informatique (site internet)

Plan de l’étude :

• I. Présentation
  
• II. Les panneaux solaires photovoltaïque
  
• III. Le stockage de l’énergie
  

 

 Remarque: l'exercice est disponible en version "interactive" sur l'intranet du lycée (Moodle) dans la rubrique (cours) " 1STI - Révisions I2D (Enseignement technique et professionnel)"

 

I. Présentation

Une installation a été créée pour récupérer les eaux de pluie d’un bâtiment et les envoyer vers les toilettes. Le système utilise une pompe monophasée alimentée à partir de deux sources électriques (le système photovoltaïque et le réseau EDF). Dans le cas de manque d’eau dans la cuve, on alimentera les toilettes à partir du réseau d’eau public

l’installation :

 

Voici le schéma simplifié de l’installation :

1. Donnez le nom et le rôle des 3 éléments (1, 2 et 3) du schéma de principe précédent

  

2. Compléter la chaîne d’énergie (ou chaîne de puissance) du système :

 

 

II. Les panneaux solaires photovoltaïque

 

Notre panneau solaire a une puissance crête de 75W. La tension aux bornes du panneau vaut 17V.

Le panneau solaire est constitué de cellules photovoltaïques branchées à la fois en série et en dérivation. Dans chaque branche les cellules sont associées en série, et les différentes branches sont montées en dérivation (parallèle). Chaque cellule délivre une tension de 0.5V et un courant de 450 mA.

 

1. Quel est le nombre de cellules dans une branche ?

2. Quelle est l’intensité du courant débitée par le panneau ? En déduire le nombre de branches du panneau.

3. Déterminer le nombre total de cellules du panneau.

4. Déterminer de quelle manière on doit associer les cellules pour construire notre panneau solaire (faire un dessin simplifié)

 

 

III. Le stockage de l’énergie

 

Nous allons maintenant déterminer la ou les batteries nécessaires à notre système.

 

Données techniques :

• La pompe est une pompe monophasée 230V, 900W, cos ρ=0,78, η=0,64.
• La pompe fonctionne en moyenne 1 heure par jour (à pleine puissance)
• Le rendement de l’onduleur (24V/230V) est de 98 %
• Les batteries disponibles : 12V , 215 A.h.
• on doit pouvoir fonctionner 7 jours sans soleil

 

1. Calculer la puissance consommée par la pompe. En déduire l’énergie quotidienne consommée par le moteur de la pompe (en W.h)

2. Calculer l’énergie nécessaire à stoker dans les batteries

3. Déterminer de quelle manière on doit associer les batteries pour que l’onduleur soit correctement alimenté.

4. Calculer l’énergie stockée par l’ensemble de batteries (déterminé à la question précédente) quand elles sont totalement chargées

5. Calculer le nombre d’ensemble de batteries nécessaires pour stoker l’énergie.

6. Déterminer de quelle manière on doit associer les batteries pour alimenter l’onduleur (faire un dessin simplifié). En déduire le nombre total de batteries nécessaires.

 

 

On va considérer maintenant que notre association de batterie équivaut à une seul « grosse » batterie.

 
7. Donnez les caractéristiques de cette « grosse » batterie (tension, capacité)

8. La mesure du courant de la pompe (à pleine puissance) est 7,83A. Retrouvez par calcul la valeur de ce courant.

9. Calculer la puissance consommée par l’onduleur lorsque la pompe est à pleine puissance. En déduire le courant consommé par l’onduleur.

10. A ce régime là, combien de temps peut fonctionner la pompe ?