Stockage de l’énergie fournie par les cellules photovoltaïques dans un condensateur

1. Réalisation d'une lampe solaire • Stockage de l’énergie fournie par les cellules photovoltaïques dans un condensateur • Charge du condensateur par les cellules photovoltaïques • Décharge du condensateur dans une DEL • L’interrupteur électronique • La LDR dans un diviseur de tension • Le transistor utilisé comme interrupteur électronique • Le montage complet

2. 0 V e- I + + + - - - Ug Uc V COM Charge du condensateur par les cellules photovoltaïques Dans l’obscurité, la tension aux bornes des cellules photovoltaïques est nulle Pour éviter qu’une fois chargé, le condensateur se décharge dans les cellules photovoltaïques, on branche une diode qui bloque le courant qui essaierait de passer dans l’autre sens. En peine lumière, une tension apparaît aux bornes des cellules photovoltaïques : elles peuvent donc jouer le rôle de générateur Quand on branche un condensateur à ses bornes, un courant d’intensité I peut circuler Par conséquent, des électrons circulent dans l’autre sens : certains s’accumulent à l’une des bornes du condensateur, d’autres quittent l’autre borne et y font apparaître des charges +. Il apparaît alors une tension aux bornes du condensateur qui augmente au cours du temps car les charges accumulées sont de plus en plus nombreuses. La vidéo : le condensateur, initialement déchargé, est chargé lentement par les cellules en lumière ambiante puis beaucoup plus rapidement à la lumière de la lampe. Cliquez ici pour la visionner. Sommaire

3. Rmax = 10kW V Uc I COM + + + + - - - - e- Uc = Us = 1,6 V Décharge du condensateur dans une DEL La tension diminue jusqu’à atteindre la tension seuil de la DEL, Us, tension en-deçà de laquelle la diode ne conduit plus le courant et s’éteint ; le condensateur n’est pas totalement déchargé. • La durée de décharge du condensateur augmente • quand la résistance augmente • quand la capacité du condensateur, C en farad ( F ) augmente Il apparaît alors un courant électrique dans le circuit et la DEL s’allume ; la tension aux bornes du condensateur diminue au cours du temps car les charges aux armatures sont de moins en moins nombreuses. Quand on branche le circuit contenant une résistance réglable et une DEL, les électrons peuvent circuler de la borne négative du condensateur vers la borne positive Le condensateur chargé demeure chargé car il contient un isolant entre ses armatures qui empêche les électrons de circuler. • La vidéo : le condensateur, initialement chargé, se décharge dans la DEL • rapidement quand la DEL est associée à une petite résistance : cliquez ici . • lentement quand la DEL est associée à une grande résistance : cliquez ici Sommaire

4. ULDR = 0V Ug = 6V ULDR = 6 V ULDR = 4 V ULDR = 0,4 V I LDR V COM La LDR dans un diviseur de tension R = 10kW Dans ce montage, la LDR et le générateur sont montés en parallèle donc la tension aux bornes de la LDR est égale à celle du générateur quelle que soit l’intensité lumineuse : il faut associer en série une autre résistance. Éclairée, la résistance de la LDR diminue : 2kW ; par conséquent, la tension à ses bornes diminue également et vaut 0,4 V Or, la LDR étant une résistance, la tension à ses bornes est nulle si elle n’est pas traversée par un courant Sans éclairage, la résistance de la LDR est grande : 20kW ; par conséquent, la tension à ses bornes vaut 4V Objectif : on veut montrer que la tension aux bornes de la LDR varie quand l’intensité lumineuse varie. La vidéo : la tension aux bornes de la LDR diminue quand on allume la lampe au-dessus de la LDR : cliquez ici Sommaire

5. Rmax = 10kW R = 10kW C B LDR Ug = 6V E ULDR = 0,4 V UBE= 0,1 V UBE= 2 V ULDR = 4 V V COM La fermeture du transistor commandée par la tension aux bornes de la LDR La vidéo N°1 : on augmente progressivement la tension aux bornes de la jonction BE : la DEL s’allume quand la tension atteint 0,5 V ; cliquez ici La vidéo N°2 : quand on éclaire la LDR, la DEL est éteinte car la tension aux bornes de la LDR est inférieure à 0,5 V ; quand on éteint la lampe, la DEL s’allume car la tension aux bornes de la LDR devient supérieure à 0,5 V ; cliquez ici Si UBE devient supérieure à 0,5 V, la jonction laisse passer le courant : le transistor se comporte comme un interrupteur fermé et la DEL s’allume. La tension aux bornes de la LDR du diviseur de tension peut donc commander l’ouverture ou la fermeture du transistor : la nuit, la tension aux bornes de la LDR est suffisante pour déclencher l’allumage de la DEL Au levé du jour, sa tension baisse puisque l’intensité lumineuse augmente pour devenir inférieure à la tension seuil de la jonction BE : la DEL s’éteint. La jonction BE du transistor se comporte comme une diode, de tension seuil égale à environ 0,5 V : si UBE < 0,5 V, la jonction ne laisse pas passer le courant : le transistor se comporte comme un interrupteur ouvert et la DEL ne s’allume pas. Sommaire

6. Rmax = 10kW R = 10kW C I B + + + + E - - - - LDR I I Le montage complet La vidéo N°1 : Charge du condensateur par les cellules ; cliquez ici La vidéo N°2 : Décharge du condensateur à travers la DEL quand la lumière s’éteint ; cliquez ici Dans un premier temps, à la lumière du jour, les cellules chargent le condensateur ; quand il est complètement chargé, les cellules ne délivrent plus de courant. Dès que l’on ferme l’interrupteur du circuit secondaire, un courant circule mais pas dans la branche contenant la DEL ( elle ne s’allume pas ) car le transistor est « ouvert » puisque la tension aux bornes de la LDR est faible, étant éclairée. En fait, le courant traverse la branche contenant la LDR et décharge lentement le condensateur, ce qui est un inconvénient majeur de ce montage ; le montage de la lampe commerciale est plus complexe car il résout le problème en utilisant d’autres transistors… Quand la nuit tombe, la résistance de la LDR augmente ainsi que la tension à ses bornes : le transistor « se ferme » et laisse passer le courant dans la branche contenant la DEL, qui s’allume. Le condensa teur se décharge alors plus rapidement car la résistance rencontrée par le courant est plus faible. Le condensateur se déchargeant, la tension aux bornes de l’association série « DEL + rhéostat » diminue jusqu’à atteindre la tension seuil de la DEL : à ce moment, le courant ne circule plus et la DEL s’éteint. La vidéo N°3 : Utilisation d’un condensateur de plus grande capacité : la décharge est plus lente ; cliquez ici Sommaire