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Irradiation solaire

Irradiation solaire

L'irradiation solaire est la magnitude qui mesure l'énergie par unité de surface du rayonnement solaire incident sur une surface placée dans un lieu et une plage de temps bien spécifiés.

L'irradiation solaire sur la surface terrestre est, du point de vue technique, l'addition dans un intervalle déterminé du rayonnement solaire filtré par l'interposition de l'atmosphère.

La valeur de l'irradiation solaire à la surface dépend de la période de l'année, de la latitude, de la climatologie locale et de l'heure.

Origine de l'irradiation solaire

L'origine du rayonnement électromagnétique du Soleil est la réaction de fusion nucléaire qui se produit constamment à l'intérieur du Soleil. Dans la réaction nucléaire, deux noyaux d'hydrogène se combinent pour former un noyau d'hélium. Cette fusion de noyaux libère une grande quantité d’énergie. L’hydrogène représente 74,9% de la masse du Soleil et l’hélium 23,8% (en légère augmentation constante) et seul le 1,3% restant correspond à d’autres éléments chimiques.

La chaleur générée par la réaction de fusion nucléaire est responsable du fait que le Soleil est une gigantesque masse incandescente et que la surface extérieure a une température d'environ 5 505 ° C. Comme tout corps à incandescence, le Soleil émet un rayonnement électromagnétique sur une large gamme de longueurs d’onde (ou fréquences) allant de l’ultraviolet à l’infrarouge, dont l’intensité maximale se situe dans la région que l’œil humain identifie comme le jaune de l’arc-en-ciel. Ce spectre de rayonnement solaire est appelé distribution de longueur d'onde, dont la majeure partie est invisible à l'œil humain.

Types d'irradiation solaire

Il existe plusieurs types mesurés d'irradiance solaire.

  • L'irradiation solaire totale
  • L'irradiation normale directe
  • Rayonnement horizontal diffus ou rayonnement ciel diffus
  • L'irradiation horizontale globale

L'irradiation solaire totale est une mesure de la puissance solaire à toutes les longueurs d'onde par unité de surface incidente dans la haute atmosphère de la Terre. La perpendiculaire à la lumière solaire entrante est mesurée. La constante solaire est une mesure conventionnelle du rayonnement solaire total moyen à une distance d'une unité astronomique.

L'irradiation normale directe, ou rayonnement de faisceau, est mesurée à la surface de la Terre à un endroit donné avec un élément de surface perpendiculaire au Soleil, à l'exclusion du rayonnement solaire diffus (rayonnement diffusé ou réfléchi par les composants atmosphériques). L'éclairement énergétique direct est égal à l'éclairement énergétique extraterrestre au-dessus de l'atmosphère moins les pertes atmosphériques dues à l'absorption et à la dispersion. Les pertes dépendent de l'heure de la journée (longueur du trajet de la lumière dans l'atmosphère en fonction de l'angle d'élévation solaire), de la couverture nuageuse, de la teneur en humidité et d'autres contenus. L’irradiance dans l’atmosphère varie également avec la période de l’année (car la distance au soleil varie),

L'irradiation horizontale diffuse ou le rayonnement du ciel diffus est un rayonnement à la surface de la Terre provenant de la lumière diffusée par l'atmosphère. Il est mesuré sur une surface horizontale avec le rayonnement de tous les points du ciel, à l'exclusion du rayonnement solaire du disque solaire. Il n'y aurait presque pas d'irradiation horizontale diffuse en l'absence d'atmosphère.

L'irradiation horizontale globale correspond à l'éclairement énergétique total du soleil sur une surface horizontale de la Terre. C'est la somme de l'éclairement énergétique direct (après prise en compte de l'angle zénith solaire du Soleil z) et de l'éclairement énergétique diffus horizontal.

Propagation de l'irradiation solaire

Le rayonnement électromagnétique du Soleil se propage dans le vide avec la vitesse de la lumière, qui est d’environ 299 792 km / s. Cela signifie que votre énergie coule à cette vitesse. La mesure physique de ce flux est la puissance, la quantité d’énergie qui coule par unité de temps. L'unité standard utilisée à l'échelle internationale pour le courant est le watt (W).

L'irradiation solaire peut être mesurée dans l'espace ou à la surface de la Terre après absorption et dispersion atmosphérique. L'irradiation dans l'espace est fonction de la distance au Soleil, du cycle solaire et des changements de cycle. L'irradiation à la surface de la Terre dépend également de l'inclinaison de la surface de mesure, de la hauteur du soleil à l'horizon et des conditions atmosphériques. L'irradiance solaire affecte le métabolisme des plantes et le comportement des animaux.

Après avoir quitté la surface du Soleil, le rayonnement solaire se dilate de manière presque homogène et constante dans l’espace environnant, à l’exception de l’influence cyclique des taches solaires (cycle solaire). La puissance du rayonnement solaire est ainsi répartie sur la surface d'une sphère dont le rayon augmente constamment avec la vitesse de la lumière, diminuant ainsi sa valeur par unité de surface à l'inverse du carré de ce rayon. Lorsque ce front d'onde sphérique atteint l'atmosphère de la Terre (où ce rayon prend la valeur de la distance de la Terre au Soleil, environ 150 millions de kilomètres), la puissance par unité de surface du spectre total du rayonnement (rayonnement solaire de l’atmosphère) est d’environ 1 367 W / m².

Irradiance spectrale

Le rayonnement solaire est réfléchi, absorbé ou dispersé par l'atmosphère terrestre en raison de l'action d'atomes, de molécules, d'ions, de gaz dissous et de particules en suspension (gouttelettes d'eau, poussières, cendres de volcans ...). Les molécules telles que l'oxygène (O 2 ), l'eau (H 2 0), le dioxyde de carbone (CO 2 ) et l'ozone (O 3 ) ont un impact important car elles absorbent le rayonnement solaire dans de larges plages (appelées bandes d'absorption) de longueur d'onde. .

De plus, dans les applications de l'irradiance solaire, il est nécessaire de prendre en compte les gammes de longueurs d'onde impliquées, qui peuvent être très différentes dans chaque cas. Il en résulte que l'irradiance solaire directe sur la surface de la terre, par temps clair lorsque le soleil est au zénith, est réduite à environ 1 050 W / m².

Importance de l'irradiation solaire dans l'énergie solaire

Les chiffres relatifs à l'irradiation solaire servent à planifier le déploiement de systèmes à énergie solaire. Dans de nombreux pays, les chiffres peuvent être obtenus à partir d’une carte d’attaque du soleil ou de tableaux d’ensoleillement reflétant les données de 30 à 50 ans plus tôt. Différentes technologies d'énergie solaire peuvent utiliser différents composants de l'irradiation totale.

Bien que les panneaux solaires photovoltaïques puissent convertir à la fois l'irradiation directe et l'irradiation diffuse en électricité, l'énergie solaire concentrée ne peut fonctionner efficacement qu'avec l'irradiation directe; ces systèmes ne conviennent donc que dans des endroits peu nuageux. .

Comme les panneaux des capteurs solaires sont presque toujours montés à un angle du soleil, l’insolation doit être ajustée afin d’éviter des estimations trop basses pour l’hiver et trop élevées pour l’été. Cela signifie également que la quantité de soleil qui tombe sur un panneau solaire aux latitudes élevées n’est pas aussi faible que celle d’un soleil à l’équateur, comme ce serait le cas si on ne tenait compte que de l’insolation sur une surface horizontale.

Les panneaux photovoltaïques sont classés dans des conditions standard pour déterminer la valeur de Wp (watts de crête), qui peuvent ensuite être utilisés avec insolation pour déterminer le rendement attendu, ajusté pour des facteurs tels que l’inclinaison, la poursuite et l’ombrage.

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Dernier examen: 4 février 2019

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