Évaluer le rendement d'un convertisseur
Évaluer le rendement d’une cellule photovoltaïque.
- La formule du rendement,
qui s’écrit
, est à adapter selon le
convertisseur que l’on étudie.
- En utilisant la relation E =
P × Δt, on obtient une autre
formule pour trouver le rendement d’un
convertisseur :
.
- La puissance électrique d’un convertisseur se calcule en prenant les mesures de la tension aux bornes de ce convertisseur et de l’intensité qui traverse le circuit.
- Puissance et énergie
- Rendement et convertisseur
Une partie de cette énergie transformée est perdue, ou dégradée, car elle est sous une forme non exploitable par la chaine, comme par exemple la chaleur dissipée par des frottements.
Quand on fournit une quantité d’énergie à un convertisseur, seule une partie sera donc utilisable en sortie.
De manière générale, le rendement d’un convertisseur est le rapport de l’énergie utile sur l’énergie absorbée.
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avec :
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Chaine énergétique d’un convertisseur
En utilisant la formule E = P × Δt, on retrouve la formule du rendement en fonction des puissances :
.
Une cellule photovoltaïque est un système qui convertit l’énergie qu’il reçoit sous forme de rayonnement de la part du soleil en énergie électrique qu’il fournit à l’habitat.
Principe d’une cellule photoélectrique
Dans la chaine énergétique de la cellule photovoltaïque, les transferts d’énergie sont de 3 types :
- transfert d’énergie par rayonnement en provenance du soleil ;
- transfert d’énergie thermique par effet Joule (perte de chaleur) vers l’environnement ;
- transfert d’énergie électrique vers l’habitat.
Chaine énergétique de la cellule photovoltaïque
Le rendement de la cellule photovoltaïque est égal au rapport de l’énergie électrique fournie à l’habitat par l’énergie solaire reçue pendant la même période.
Dans notre étude, la cellule photovoltaïque va être éclairée par une lampe de puissance égale à 20 W.
Le rendement de la cellule s’écrit de la manière suivante, en l’exprimant en fonction des puissances.
La puissance Plampe de la lampe est connue, il faut donc calculer la puissance électrique Pélectrique fournie à la cellule pour ensuite pouvoir obtenir la valeur du rendement ρ.
La mesure du rendement de la cellule photovoltaïque nécessite l’utilisation du matériel suivant.
- 1 cellule photovoltaïque ;
- 2 multimètres ;
- Fils de connexion ;
- Rhéostat (résistance électrique réglable) de 100 W ;
- Lampe de 20 W.
En Travaux Pratiques, la mesure du rendement d’une cellule photovoltaïque se réalise selon le protocole suivant.
Brancher le voltmètre aux bornes de la cellule afin de mesurer la tension à ses bornes.
Relier cette cellule à un ampèremètre branché en série avec le rhéostat. L’ampèremètre nous permet de déterminer la valeur de l’intensité qui traverse le circuit. Le rhéostat sert à faire varier l’intensité du courant dans le circuit.
Le schéma du circuit électrique est le suivant.
Schéma du montage
Pour chaque valeur de la résistance du rhéostat, on mesure la tension U et le courant i en lisant les valeurs indiquées par le voltmètre et l’ampèremètre.
On place les valeurs dans les 2 premières lignes du tableau ci-dessous.
| Tension U (en V) | ||||
| Intensité i (en A) | ||||
| Puissance P (en W) |
Pour chaque couple de valeur (U ; i), on calcule la puissance électrique délivrée par la cellule à l’aide de la formule P = U × i.
On complète ensuite la dernière ligne du tableau de l’étape 2.
On trace la courbe P = f(U). On obtient par exemple le graphique ci-dessous.
Représentation de P = f(U)
Pour calculer la valeur du rendement de la cellule,
on utilise la formule 
.
La puissance électrique fournie par la cellule est la puissance maximale (ou puissance « crête ») de la courbe P = f(U) : c’est le point de charge optimal de la cellule.
On en déduit donc le
rendement : 
.
Ici, Pmaximale = 4,1 W donc :
ρ = 20 %
Le rendement calculé est faible, de l’ordre de 20 %.
La cellule photovoltaïque convertit l’énergie rayonnante en énergie électrique mais aussi essentiellement en pertes thermiques.
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