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Le Soleil

Comment mesurer le rayonnement solaire ?

L'énergie solaire est le résultat du processus de fusion nucléaire qui se produit dans 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.

Construire en terre
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Comment mesurer le rayonnement solaire ?

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. En général, la Terre reçoit moins de 0,5 × 10 −9 de son énergie de rayonnement du Soleil. Le rayonnement qui arrive à la Terre est l' irradiance solaire.

L'unité du rayonnement solaire est le watt par mètre carré (w/m²).

La constante solaire est définie comme la quantité d'énergie solaire (W/m²) incidente perpendiculairement au sommet de l'atmosphère (extraterrestre) à la distance moyenne Terre-Soleil. Sa valeur moyenne est de 1367,7 W/m².

Pourquoi est-il important de mesurer le rayonnement solaire ?

L'obtention de données fiables sur le rayonnement solaire est essentielle pour :

  • Étudier les transformations de l'énergie dans le système Terre-Atmosphère.

  • Analyser les propriétés et la distribution de l'atmosphère, des éléments qui la constituent, tels que les aérosols, la vapeur, l'ozone, etc.

  • Étudier la distribution et les variations du rayonnement incident, réfléchi et total.

  • Satisfaire les besoins dérivés de la biologie, de la médecine, de l'agriculture, de l'architecture, de l'ingénierie et de l'industrie liés aux ressources solaires.

  • Faites des prévisions avant d'installer un système photovoltaïque avec un réseau solaire de panneaux solaires.

  • La mesure de la densité de flux est précieuse pour les tests de fonctionnement et de performance des tours solaires. 

Comment mesurer 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'insolation. Un moyen simple d'enregistrer les heures d'ensoleillement consiste à utiliser un enregistreur d'ensoleillement, un système de carte qui concentre la lumière du soleil. Une marque est gravée dans le tableau des logs si l'ensoleillement est supérieur à 200 W/m2.

Par conséquent, le nombre d'heures d'ensoleillement est déterminé comme le nombre d'heures pendant lesquelles le soleil brille.

La puissance solaire varie en fonction de l'hauteur du Soleil, la longueur d'onde, l'angle d'incidence des rayons solaires (maxime s'ils sont normales à la surface) et la couleur de la surface (les corps noirs, absorbent mieux la radiation).

Pour mesurer la quantité de rayonnement solaire reçue, on distingue trois méthodes selon qu'il s'agit :

1. Mesure du rayonnement solaire direct

Nous pouvons mesurer l'irradiance normale directe (DNI) ou le rayonnement du faisceau à la surface de la Terre à un endroit donné avec un élément de surface perpendiculaire au Soleil. Il exclut le rayonnement solaire diffus. Avec les volets, seuls le rayonnement solaire 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

Le rayonnement diffus est le rayonnement solaire qui atteint la surface de la terre après avoir été diffusé par des molécules ou des particules dans l'atmosphère.

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 refracté par des gouttelettes d'eau en suspension dans l'air. Il y a beaucoup de gouttes, chacune a sa forme et, par conséquent, se réfracte à sa manière. Les nuages ​​diffusent la lumière du ciel et, par conséquent, la lumière blanche atteint la terre. Les nuages ​​absorbent une partie de la lumière, et c'est la raison parce que le ciel est grisâtre.

Le rayonnement pendant la diffusion ne change pas beaucoup la composition spectrale : les gouttelettes d'eau dans les nuages ​​sont plus importantes que la longueur d'onde, de sorte que tout le spectre visible (du rouge au violet) est diffusé à peu près de la même manière. En intensité, le rayonnement varie (estimé) de 1/6 de la puissance de la lumière directe du soleil pour les nuages ​​relativement minces à 1/1000 pour les nuages ​​orageux les plus épais.

Le rayonnement global est défini comme le rayonnement solaire reçu d'un angle solide de 2π stéradians sur une surface horizontale. Ainsi, le rayonnement global comprend celui obtenu directement à partir du disque solaire et également le rayonnement diffus du ciel diffusé dans l'atmosphère.

Le rayonnement global est mesuré par le pyranomètre. Pour mesurer uniquement la composante diffuse du rayonnement solaire, la composante directe est recouverte à l'aide d'un écran ou d'un système d'ombrage. 

3. Mesure du rayonnement infrarouge

Le rayonnement infrarouge, ou rayonnement IR, est un type de rayonnement électromagnétique avec une longueur d'onde plus longue que la lumière visible. Nous utilisons des pyrgéomètres pour le mesurer.

Le rayonnement IR est souvent associé aux concepts de «chaleur» et de «rayonnement thermique», car tout objet avec 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 courtes longueurs d'onde.

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 touche un objet. L'énergie infrarouge à ondes longues est la chaleur émise par un objet qui a reçu un rayonnement infrarouge à ondes courtes.

Types de rayonnement solaire par longueur d'onde

Le rayonnement solaire peut être divisé en trois types en fonction de sa longueur d'onde :

  • Rayons infrarouges (IR). De plus grande longueur d'onde que la lumière visible, ils émettent de la chaleur.

  • Rayons visibles (VI). Ils émettent de la lumière et sont ceux que l'œil humain perçoit sous forme de couleurs.

  • Rayons ultraviolets (UV). Ils sont invisibles à l'œil humain. Le rayonnement ultraviolet fait référence aux rayons dont la longueur d'onde est approximativement comprise entre 100 nm et 400 nm.

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Date de publication : 8 juillet 2021
Dernier examen : 30 août 2022