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Le Soleil

Comment mesurer le rayonnement solaire ?

L'énergie solaire résulte du processus de fusion nucléaire qui a lieu dans le soleil. Cette énergie est le moteur qui anime notre environnement, étant l'énergie solaire qui atteint la surface de la terre 10 000 fois plus que l'énergie consommée actuellement pour toute l'humanité.

Comment mesurer le rayonnement solaire ?

Le rayonnement est le transfert d'énergie par des ondes électromagnétiques produites directement de la source vers l'extérieur dans toutes les directions. Ces ondes n'ont pas besoin de support matériel pour se propager, et elles peuvent voyager dans l'espace interplanétaire et atteindre la Terre depuis le Soleil.

Le rayonnement solaire est mesuré par sa puissance énergétique transférée par unité de surface (watts/m 2). En général, la Terre reçoit moins de 0,5 × 10 −9 de l'énergie de son rayonnement du Soleil.

L'unité fonctionnelle qui décrit le rayonnement solaire atteignant la Terre est l'irradiance solaire, ou unité de puissance par mètre carré (w/m²).

Pourquoi est-il important de mesurer le rayonnement solaire ?

Obtenir des données fiables sur le rayonnement solaire est essentiel pour :

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

  • Analyser les propriétés et la répartition de l'atmosphère, les 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.

  • Faire des prédictions avant d'installer un système PV avec un réseau solaire de panneaux solaires.

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

Comment mesurer le rayonnement solaire ?

Des systèmes de mesure sont décrits pour déterminer la réponse spectrale, l'efficacité quantique externe et l'efficacité quantique interne des cellules solaires.

Un point essentiel à garder à l'esprit est la durée d'ensoleillement. Un moyen simple d'enregistrer les heures d'ensoleillement consiste à utiliser un enregistreur d'ensoleillement, un système de carte qui focalise la lumière du soleil. Une marque est gravée sur le graphique d'enregistrement si l'ensoleillement est supérieur à 200W/m2. Ainsi, le nombre d'heures d'ensoleillement est déterminé comme le nombre d'heures pendant lesquelles le soleil brille.

Pour mesurer le rayonnement solaire, on distingue trois méthodes selon qu'il s'agit :

  • Direct.

  • Indirect.

  • Infrarouge.

Mesure du rayonnement solaire direct

Nous pouvons mesurer l'irradiance normale directe (DNI) ou le rayonnement d'un 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 des volets, seuls le rayonnement solaire et une région annulaire du ciel très proche du soleil sont mesurés.

Tous les pyrhéliomètres doivent être montés sur un mécanisme permettant une surveillance précise du Soleil.

Comment le rayonnement global et diffus est-il mesuré ?

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 réfracté par des gouttelettes d'eau en suspension dans l'air. Il y a beaucoup de gouttes, et 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. 

Comment le rayonnement infrarouge est-il mesuré ?

Le rayonnement infrarouge - ou rayonnement IR - est un type de rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est supérieure à celle de la lumière visible. Nous utilisons des pyrgéomètres pour le mesurer.

Le rayonnement IR est souvent associé aux concepts de « chaleur » et de « rayonnement thermique » puisque chaque objet ayant de la température émet un rayonnement dans cette bande. Selon la loi de Wien, en augmentant la température, le pic d'émission se déplace de plus en plus vers le visible jusqu'à ce que l'objet devienne incandescent ).

La plupart d'entre eux éliminent les courtes longueurs d'onde par des filtres qui présentent une transparence constante aux longues longueurs d'onde tout en étant presque opaques aux plus courtes longueurs d'onde.

L'énergie infrarouge à ondes courtes provient directement du soleil mais n'est pas ressentie sous forme de 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.

Quel est le rayonnement solaire total dans l'hémisphère nord ?

Dans ce tableau, nous présentons les données recueillies sous différentes latitudes dans l'hémisphère nord.

(Unité : calories/cm²)

latitude

Semestre d'été (avril à octobre)

Semestre d'hiver (novembre à mars)

annuel

0 degré

157370

157370

314740

5 degrés

162540

151160

313700

10 notes

166550

143870

310420

15 degrés

169400

135590

304990

20 degrés

171630

126400

297480

25 degrés

171630

116400

288030

30 degrés

170960

105640

276600

35 degrés

169200

94270

263470

40 degrés

166320

82350

248670

45 degrés

162440

70070

232510

50 degrés

157640

57570

215210

55 degrés

152190

45180

197370

60 degrés

146100

32950

179050

65 degrés

140140

21740

161880

70 degrés

135930

13170

149100

75 degrés

133430

7230

140660

80 degrés

131830

3180

135010

85 degrés

130920

730

131650

90 degrés

130630

0

130630

 

Quel est le rayonnement solaire total dans l'hémisphère sud ?

(Unité : calories/cm²)

latitude

Semestre d'été (novembre à mars)

Semestre d'hiver (avril à octobre)

annuel

0 degré

157370

157370

314740

5 degrés

162540

151160

313700

10 notes

166550

143870

310420

15 degrés

169400

135590

304990

20 degrés

171630

126400

297480

25 degrés

171630

116400

288030

30 degrés

170960

105640

276600

35 degrés

169200

94270

263470

40 degrés

166320

82350

248670

45 degrés

162440

70070

232510

50 degrés

157640

57570

215210

55 degrés

152190

45180

197370

60 degrés

146100

32950

179050

65 degrés

140140

21740

161880

70 degrés

135930

13170

149100

75 degrés

133430

7230

140660

80 degrés

131830

3180

135010

85 degrés

130920

730

131650

90 degrés

130630

0

130630

Auteur :

Date de publication : 8 juillet 2021
Dernier examen : 8 juillet 2021