Exercice 2 - Cellule photovoltaïque · Bac STI2D Physique-Chimie et Mathématiques Métropole 2021
Thème : Énergie transportée par la lumière : photon et conversions solaires · Tiré du sujet Métropole France (2021)
Énoncé
EXERCICE 2 commun à tous les candidats (6 points)
(physique-chimie)
L’étude porte sur une voiture solaire miniature que l’on peut trouver dans le commerce.
Photographies de la voiture
Photographie de la voiture solaire: une cellule photovoltaïque directement branchée sur un moteur à courant continu.
Photographie de la face avant de la cellule (dimensions: ).
Photographie de la face arrière de la cellule. Aucune donnée technique n’est précisée, hormis deux indications au verso de la cellule photovoltaïque.
On note la tension aux bornes de la cellule et l'intensité du courant fourni par la cellule.
1.
Compléter en indiquant les fonctions (voltmètre V ou ampèremètre A) des multimètres 1 et 2.
2.
Indiquer le rôle de la résistance de valeur réglable dans le montage expérimental.
3.
Compléter le diagramme énergétique.
4.
On appelle tension à vide la tension aux bornes de la cellule lorsque le circuit est ouvert. On appelle intensité de court-circuit, l'intensité du courant débitée par la cellule lorsqu'on court-circuite ses bornes. En utilisant la caractéristique tension-courant, déterminer la valeur de la tension à vide et la valeur de l'intensité de court-circuit .
5.
On s'intéresse également à la puissance électrique délivrée par la cellule.
Donner, en précisant les unités, l'expression liant la puissance électrique délivrée par la cellule, la tension aux bornes de celle-ci et l'intensité du courant qu'elle génère.
6.
Déterminer la valeur de la puissance maximale (appelée puissance crête) délivrée par la cellule et la valeur de la tension correspondant à la puissance crête.
7.
Déduire des questions précédentes la valeur de , intensité à la puissance crête.
8.
Comparer les valeurs de et avec les valeurs indiquées à l'arrière de cellule photovoltaïque. Commenter la cohérence de ces valeurs.
9.
Montrer que, lorsque la cellule fonctionne au point de puissance maximale, son rendement est de l'ordre de 17 %.

Corrigé
Corrigé établi d’après les éléments de correction officiels
Compléter en indiquant les fonctions des multimètres 1 et 2 (multimètre 1).
Réponse : Voltmètre
Compléter en indiquant les fonctions des multimètres 1 et 2 (multimètre 2).
Réponse : Ampèremètre
Indiquer le rôle de la résistance de valeur réglable dans le montage expérimental.
Réponse : La résistance réglable permet de faire varier l'intensité du courant débité par la cellule.
Compléter le diagramme énergétique (énergie reçue).
Réponse : Énergie solaire
Compléter le diagramme énergétique (énergie utile en sortie).
Réponse : Énergie électrique
Compléter le diagramme énergétique (énergie dissipée).
Réponse : Énergie thermique
Déterminer la valeur de la tension à vide .
Réponse : V
Déterminer la valeur de l'intensité de court-circuit .
Réponse : mA
Indiquer si ces valeurs correspondent à celles indiquées sur la face arrière de la cellule.
Réponse : Ces valeurs diffèrent des indications sur la cellule (U = 3,0 V ; I = 70 mA).
Donner l'expression liant la puissance électrique , la tension et l'intensité .
Réponse : avec en V, en A et en W
Déterminer la valeur de la puissance maximale (puissance crête) .
Réponse : W
Déterminer la valeur de la tension correspondant à la puissance crête.
Réponse : V
Déduire des questions précédentes la valeur de , intensité à la puissance crête.
Réponse : A
Comparer les valeurs de et avec les valeurs indiquées à l'arrière de la cellule et commenter la cohérence.
Réponse : L'ordre de grandeur de et de correspond aux valeurs d'intensité et de tension indiquées sur la cellule (U = 3,0 V ; I = 70 mA).
Montrer que, lorsque la cellule fonctionne au point de puissance maximale, son rendement est de l'ordre de 17 %.
Réponse : Puissance reçue par la cellule : W W Rendement :
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