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Sujet 14: Capteur photovoltaïque

Les capteurs photovoltaïques à base de semi-conducteurs équipent de plus en plus de loge-

ments en France, ce qui témoigne d’une prise de conscience par la population des probléma-

tiques environnementales.

Document 1 : Spectre solaire et spectres d’absorption de trois semi- conducteurs

Document 2 : Schéma du circuit électrique utilisé dans l’expérience

Document 3 : Caractéristiques I = f(U) de la résistance (•) et du capteur photovoltaïque ( ■)

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Sujet 14: Capteur photovoltaïque

Enseignement Scientifique / Tle

1. Donner le nom d’un semi-conducteur fréquemment utilisé dans les capteurs photovoltaïques.

Le semi-conducteur le plus utilisé dans la fabrication des panneaux PV est le silicium.

2. À l’aide du document 1 et en justifiant la réponse, indiquer le numéro du semi-conducteur (1,2 ou 3) le plus adapté

pour équiper un capteur photovoltaïque.

Le semi-conducteur le plus adapté à la fabrication de cellules PV est le semi-conducteur ayant la meilleure capacité à

absorber la lumière du soleil. Parmi les semi-condcuteurs proposés, le N 3 est celui dont le spectre d’absorption couvre

la plus grande partie du spectre solaire, c’est donc le plus adapté.

3. Compléter sur le document suivant , le diagramme des transformations énergétique réalisées par un capteur photovol-

taïque.

Le circuit électrique schématisé dans le document 2 est réalisé afin de mesurer la tension aux bornes d’un capteur

photovoltaïque et l’intensité du courant qu’il délivre en fonction de la résistance variable présente dans ce circuit,

lorsque le capteur est soumis a un éclairement constant.

4. Compléter sur le document de l’annexe, le tableau représentant les résultats des mesures en calculant la puissance pour

chaque couple de valeurs (U; I) puis déterminer la valeur de la résistance permettant de maximiser la puissance délivrée

par le capteur photovoltaïque.

La puissance délivrée par le capteur PV est maximale pour Rm = 120 Ω

5. À l’aide des caractéristiques I = f(U) de la résistance et du capteur photovoltaïque données dans le document 3,

déterminer les coordonnées (U; I) du point de fonctionnement du circuit puis calculer la valeur de la résistance per-

mettant de maximiser la puissance délivrée par le capteur photovoltaïque. Le résultat est-il cohérent avec celui trouvé

à la question 4 ?

Données : Loi d’ohm U = R × I avec : U , tension (en V) ; R , résistance (en ); I , intensité du courant (en A).

Le point de fonctionnement du circuit correspond au point d’intersection des deux caractéristiques. Ce point est le

point d’abscisse Um = 0,24 V et Im = 1,9 mA. La résistance correspondante vaut : Rm = Um

Im

= 126Ω . Cette valeur

est très proche de celle obtenue à la question 4 ( différence de 5% ).

6. L’empreinte carbone liée à l’utilisation d’un capteur photovoltaïque n’est pas nulle alors que cette utilisation ne produit

pas de dioxyde de carbone. Proposer une explication.

L’empreinte carbone d’un dispositif n’est pas uniquement liée à sa période d’utilisation, mais à tout son cycle de vie.

Le fonctionnement des panneaux photovoltaïques ne produit certes pas de CO2, mais la production de matières, leur

fabrication, leur installation et finalement leur démantèlement sont des processus énergivores causant une émission de

gaz à effet de serre non négligeable

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