L'énergie solaire est le résultat du processus de fusion nucléaire qui se déroule sous le soleil. Cette énergie est le moteur de notre environnement, l'énergie solaire qui atteint la surface de la Terre étant 10 000 fois supérieure à l'énergie actuellement consommée par l'ensemble de l'humanité.
Le rayonnement est le transfert d'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique. Le Soleil produit ces ondes électromagnétiques et les émet vers l’extérieur dans toutes les directions.
Le rayonnement solaire est mesuré par sa puissance énergétique transférée par unité de surface (w/m²). En général, la Terre reçoit moins de 0,5 × 10 −9 de l’énergie de son rayonnement solaire.
L'unité fonctionnelle qui décrit le rayonnement solaire arrivant sur une surface plane de la Terre est l'irradiation solaire.
Comment mesure-t-on le rayonnement solaire ?
Les capteurs de rayonnement sont des systèmes de mesure permettant de déterminer le rayonnement solaire global, la réponse spectrale, l'efficacité quantique externe et l'efficacité quantique interne des cellules solaires.
Un point fondamental à prendre en compte est la durée d’ensoleillement. Un moyen simple d’enregistrer les heures d’ensoleillement consiste à utiliser un enregistreur de lumière solaire, un système de carte qui concentre la lumière du soleil. Une marque est gravée sur la table d'enregistrement si l'ensoleillement est supérieur à 200W/m2. Par conséquent, le nombre d’heures d’ensoleillement est déterminé comme le nombre d’heures pendant lesquelles le soleil brille.
Pour mesurer la quantité de rayonnement solaire reçu, on distingue trois méthodes :
1. Mesure du rayonnement solaire direct
Nous pouvons mesurer l'irradiance normale directe (DNI) ou le rayonnement d'un faisceau sur la surface de la Terre à un endroit donné avec un élément de surface perpendiculaire au Soleil. Cela exclut le rayonnement solaire diffus. Avec les volets, seul le rayonnement du soleil et la région d'un ciel annulaire très proche du soleil sont mesurés.
Tous les pyrhéliomètres doivent être montés sur un mécanisme permettant un contrôle précis du soleil.
2. Mesure du rayonnement global et diffus
Si le ciel est couvert de nuages, la majeure partie de la lumière directe du soleil n’atteint pas le sol. Au lieu de cela, ce qui descend est réfracté par les gouttelettes d’eau en suspension dans l’air. Les nuages diffusent la lumière du ciel et la lumière blanche atteint ainsi la terre.
Le rayonnement global est défini comme le rayonnement solaire reçu sous un angle solide de 2π stéradians sur une surface horizontale. Ainsi, le rayonnement global comprend celui obtenu directement du disque solaire ainsi que le rayonnement diffus du ciel diffusé dans l’atmosphère.
Le rayonnement global est mesuré avec le pyranomètre. Pour mesurer uniquement la composante diffuse du rayonnement solaire, la composante directe est recouverte par un écran ou un système d'ombrage.
3. Mesure du rayonnement infrarouge
Le rayonnement infrarouge, ou rayonnement IR, est un type de rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est plus longue que la lumière visible. Nous utilisons des pyrgéomètres pour le mesurer.
Le rayonnement IR est souvent associé aux notions de « chaleur » et de « rayonnement thermique », puisque tout objet ayant une température émet un rayonnement dans cette bande.
La plupart d'entre eux éliminent les courtes longueurs d'onde à l'aide de filtres qui présentent une transparence constante aux longues longueurs d'onde tout en étant presque opaques aux longueurs d'onde plus courtes.
L’énergie infrarouge à ondes courtes provient directement du soleil, mais elle ne ressemble pas à de la chaleur. Au lieu de cela, il se transforme en chaleur lorsqu’il heurte un objet. L'énergie infrarouge à ondes longues est la chaleur rayonnée par un objet qui a reçu un rayonnement infrarouge à ondes courtes.
Instruments de mesure
Pour mesurer le rayonnement solaire, divers instruments spécialement conçus pour capturer et quantifier l’énergie solaire qui atteint un endroit particulier sont utilisés.
- Pyrhéliomètre : Cet appareil mesure le rayonnement solaire direct et se compose d'un capteur qui collecte le rayonnement de la lumière solaire incidente sous un angle de 90 degrés. Fournit une lecture précise du rayonnement solaire direct.
- Pyrgéomètre : Contrairement au pyrhéliomètre, le pyrgéomètre permet de mesurer le rayonnement solaire total, incluant le rayonnement direct et le rayonnement diffus. Il est particulièrement utile pour calculer le rayonnement net à un emplacement donné.
- Pyrranomètre : Cet instrument mesure le rayonnement solaire global, qui comprend le rayonnement direct et le rayonnement diffus. Il est largement utilisé dans l’industrie de l’énergie solaire pour évaluer le potentiel de production d’électricité d’un site.
- Capteur de rayonnement solaire ultraviolet (UV) : Ces capteurs mesurent le rayonnement ultraviolet du soleil, ce qui est important pour évaluer les niveaux de rayonnement UV pouvant affecter la santé humaine et les systèmes de protection solaire.
- Capteur de rayonnement solaire global : Semblables au pyranomètre, ces capteurs mesurent le rayonnement solaire total qui atteint une surface, y compris le rayonnement direct et diffus. Ils sont utilisés dans des applications telles que la météorologie et l'énergie solaire.
- Radiomètre solaire : Ces appareils portables mesurent le rayonnement solaire en temps réel et sont utiles pour évaluer l'intensité du rayonnement solaire à différents moments et lieux.