Energie solaire - .STI2D EE - Energie solaire Energies et Environnement 3 Eclairement énergétique

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  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 1

    ENERGIE SOLAIRE

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 2

    Le soleil

    Raction thermonuclaire du soleil Transformation chaque seconde de 564 millions de tonnes dhydrogne (34 % du noyau actuellement) en 560 millions de tonnes dhlium.

    Toute disparition de masse m entrane une production dnergie : E = mc

    Perte de masse du soleil : 4,28.109 kg/s

    Energie mise par seconde par le soleil : 3,85.1026 W

    (quivalent 3.1017 racteurs nuclaires de 1300MW)

    Dure de vie prvisible du Soleil : 5 milliards dannes

    Distance avec la terre : 150 millions de kilomtres

    Rayon quivalent 109 fois celui de la Terre :

    696 000 km / 6 370 km

    Temprature du noyau : 15 millions de degrs

    Temprature de la couche externe du soleil : 5 800 K

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 3

    Eclairement nergtique Puissance reue sous forme de rayonnement par unit de surface

    (les Anglo-saxons utilisent le terme irradiance )

    Rayons gamma

    Rayons X

    Ultraviolets Visible Infrarouge Ondes radio

    Spectre du rayonnement lectromagntique

    Il faut 8 minutes et 19 secondes pour atteindre notre atmosphre.

    Constante solaire : A l'extrieur de l'atmosphre terrestre, lclairement nergtique est constant :

    1 367 W/m

    (surface perpendiculaire au rayonnement)

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 4

    Rayonnement absorb

    AM 1,5

    AM 0

    AM 1

    AM 0

    AM 1,5

    Rayonnement absorb par latmosphre (O3, O2, CO2, H2O)

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 5

    Effets de latmosphre terrestre

    Sans nuage et par ciel limpide, lclairement nergtique du rayonnement diffus est :

    -infrieur 10% du rayonnement direct lorsque le Soleil est proche du znith

    - peut atteindre 50% du rayonnement direct pour une hauteur du Soleil infrieure 30 degrs.

    Limite de latmosphre

    Rflchi

    Diffus

    Direct Surface terrestre

    1370W/m

    Absorb

    1000W/m

    - ciel clair

    - latitude moyenne

    - AM1,5

    W/ m 2.mm

    ULTRA VIOLET VISIBLE INFRA ROUGE

    proche moyen lointain

    m m ) (

    100 10 1 0,01

    spectre visible

    0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

    m longueur d'onde ( )

    Pertes par dispersion

    Absorption par O3

    Intensit la limite de l'atmosphre

    Absorption par H2O

    0

    0,5

    1,0

    1,5

    2,0

    2,5

    Absorption par CO2

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 6

    Mouvement de la terre autour du soleil

    Dclinaison angle entre

    direction terre-soleil et plan

    quatorial

    solstice

    dhiver

    solstice

    dt

    quinoxe

    de printemps

    quinoxe

    dautomne

    90

    6333

    436

    90

    6333 436

    23

    23 27

    23 27

    0

    0

    La terre tourne autour du soleil en dcrivant une ellipse de faible excentricit

    et de priode 365 jours et

    http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/Images/solstice/Eclairement.swf

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 7

    Hmax = hauteur du soleil midi = latitude du lieu

    7

    Rayonnement reu sur le sol

    Le rayonnement reu sur une surface au sol varie en fonction des saisons

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 8

    Course du soleil

    Calais, Dunkerque (51N) Ajaccio (42N)

    http://utile.autre.net/vueter.html

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 9

    Influence des nuages et du sol

    Albdo : fraction de rayonnement rflchi par le sol

    Le rayonnement diffus auquel est soumise une surface

    rceptrice non horizontale fait intervenir rflexion et diffusion

    sur le sol et sur les obstacles environnants

    Rayonnement

    direct

    Diffusion par les molcules dair,

    Diffusion par arosols

    Rayonnement

    du lalbedo

    Rayonnement diffus

    Rayonnement Global = Rayonnement direct

    + Rayonnement diffus

    + Rayonnement rflchi *

    *( albdo x rayonnement total horizontal)

    La prsence de nuages modifie sensiblement limportance respective des rayonnements diffus et

    direct (milieu diffusant additionne)

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 10

    Irradiation diffuse Ciel couvert Nuages pars, soleil

    Rayonnement diffus principalement Rayonnement direct principalement

    W/m2

    Heure solaire (h)

    75 % de diffus

    Irradiation directe

    Irradiation diffuse

    30% de diffus

    Heure solaire (h)

    Irradiation directe

    Irradiation diffuse

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 11

    Energie reue sur un plan horizontal Rayonnement solaire

    extrmement variable suivant :

    La latitude du site : en France mtropolitaine 42 51

    La saison : dure densoleillement, hauteur du soleil, proportion diffus/direct

    Les conditions mtos : nbulosit, poussires, humidit

    Laltitude : brouillard de plaines et valles

    Lheure de la journe : hauteur/azimut du soleil

    En France sur 1m de surface horizontale le gisement solaire est de 1000 kWh/an 1700 kWh/an

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 12

    Rayonnement solaire en France

    http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/pvreg.php?lang=fr&map=europe

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 13

    Rayonnement solaire en France

    Moyenne annuelle de lnergie reue sur une surface oriente au sud et incline d'un angle gal la latitude (en kWh/m.jour) daprs lAltlas Europen du rayonnement solaire Commission des Communauts Europennes.

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 14

    Influence de lorientation et de linclinaison

    Facteurs de correction du gisement solaire selon une inclinaison et une orientation donnes des panneaux pour Dijon (logiciel Calsol)

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 15

    Masques solaires

    A Nol, il ny a du soleil que de midi (solaire) 15h00,

    alors quen juin, la montagne ne le cache pas

    de la journe.

    h a

    sud

    21 mars - 21

    septembre

    azimut

    ha

    ute

    ur

    sud ouest est

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    21 juin

    21

    dcembre

    12h 11h

    10h

    16h

    17h

    0 +90 -90 30 60 -

    30

    -60

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    1400

    1600

    0 5 10 15 20 25 30

    Hauteur du masque ()

    (kWh/m.an)

    0%

    5%

    10%

    15%

    20%

    25%

    30%

    35%

    40%

    45%

    50%

    Irradiation Perte

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 16

    Relev dun masque solaire

    Les tapes pour la dtermination du masque dune installation solaire :

    1. Reprage de la prsence dobstacles limitant lensoleillement

    2. Identification de points clefs devant reprsenter la globalit des obstacles (courbe enveloppe)

    3. Mesure des angles (azimut et hauteur angulaire) de chacun de ces points Report des mesures dans le diagramme solaire correspondant au lieu

    4. Estimation visuelle du risque de diminution des performances de linstallation

    5. Report des mesures dans un logiciel de dimensionnement (ventuellement)

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 17

    Boussoles avec clinomtre

    Indicateur de trajectoire du soleil

    Outils de relev de masque

    http://www.boussoles.com/images/suunto-m5.jpg

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 18

    Mesure de lirradiation solaire

    Pyranomtre pour la mesure dirradiation globale

    Pyranomtre pour mesure de lalbedo

    Pyranomtre pour mesure dirradiation diffuse

  • STI2D EE - Energies et Environnement

    Energie solaire 19

    Points retenir

    clairement nergtique ou irradiance : G exprim en W/m

    Rayonnement ou nergie incidente : H exprim en Wh/m

    Constante solaire = 1370 W/m

    Irradiation directe par temps clair = 1000 W/m

    Rayonnement global = Rayonnement direct + rayonnement

    diffus + rayonnement rflchi (albdo)

    Influence de la position des panneaux

    Influence du masque