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Energie solaire 1

ENERGIE SOLAIRE

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Energie solaire 2

Le soleil

Réaction thermonucléaire du soleil Transformation chaque seconde de 564 millions de tonnes d’hydrogène (34 % du noyau actuellement) en 560 millions de tonnes d’hélium.

Toute disparition de masse m entraîne une production d’énergie : E = mc²

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

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

(équivalent à 3.1017 réacteurs nucléaires de 1300MW)

Durée de vie prévisible du Soleil : 5 milliards d’années

Distance avec la terre : 150 millions de kilomètres

Rayon équivalent à 109 fois celui de la Terre :

696 000 km / 6 370 km

Température du noyau : 15 millions de degrés

Température de la couche externe du soleil : 5 800 K

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Energie solaire 3

Eclairement énergétique Puissance reçue sous forme de rayonnement par unité de surface

(les Anglo-saxons utilisent le terme « irradiance »)

Rayons gamma

Rayons X

Ultraviolets Visible Infrarouge Ondes radio

Spectre du rayonnement électromagnétique

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

Constante solaire : A l'extérieur de l'atmosphère terrestre, l’éclairement énergétique est constant :

1 367 W/m²

(surface perpendiculaire au rayonnement)

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Energie solaire 4

Rayonnement absorbé

AM 1,5

AM 0

AM 1

AM 0

AM 1,5

Rayonnement absorbé par l’atmosphère (O3, O2, CO2, H2O…)

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Energie solaire 5

Effets de l’atmosphère terrestre

Sans nuage et par ciel limpide, l’éclairement énergétique du rayonnement diffus est :

-inférieur à 10% du rayonnement direct lorsque le Soleil est proche du zénith

- peut atteindre 50% du rayonnement direct pour une hauteur du Soleil inférieure à 30 degrés.

Limite de l’atmosphère

Réfléchi

Diffus

Direct Surface terrestre

1370W/m²

Absorbé

1000W/m²

- 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

Intensité à la limite de l'atmosphère

Absorption par H2O

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Absorption par CO2

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Energie solaire 6

Mouvement de la terre autour du soleil

Déclinaison angle entre

direction terre-soleil et plan

équatorial

solstice

d’hiver

solstice

d’été

équinoxe

de printemps

équinoxe

d’automne

90°

63°33’

43°6’

90°

63°33’ 43°6’

23

°

23° 27’

23° 27’

La terre tourne autour du soleil en décrivant une ellipse de faible excentricité

et de période 365 jours et ¼

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Energie solaire 7

Hmax = hauteur du soleil à midi φ = latitude du lieu

7

Rayonnement reçu sur le sol

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

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Energie solaire 8

Course du soleil

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

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Energie solaire 9

Influence des nuages et du sol

Albédo : fraction de rayonnement réfléchi par le sol

Le rayonnement diffus auquel est soumise une surface

réceptrice non horizontale fait intervenir réflexion et diffusion

sur le sol et sur les obstacles environnants

Rayonnement

direct

Diffusion par les molécules d’air,

Diffusion par aérosols

Rayonnement

du à l’albedo

Rayonnement diffus

Rayonnement Global = Rayonnement direct

+ Rayonnement diffus

+ Rayonnement réfléchi *

*( albédo x rayonnement total horizontal)

La présence de nuages modifie sensiblement l’importance respective des rayonnements diffus et

direct (milieu diffusant additionne)

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Energie solaire 10

Irradiation diffuse Ciel couvert Nuages épars, 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

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Energie solaire 11

Energie reçue sur un plan horizontal Rayonnement solaire

extrêmement variable suivant :

La latitude du site : en France métropolitaine 42° à 51°

La saison : durée d’ensoleillement, hauteur du soleil, proportion diffus/direct

Les conditions météos : nébulosité, poussières, humidité …

L’altitude : brouillard de plaines et vallées

L’heure de la journée : hauteur/azimut du soleil

En France sur 1m² de surface horizontale le gisement solaire est de 1000 kWh/an à 1700 kWh/an

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Energie solaire 12

Rayonnement solaire en France

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Energie solaire 13

Rayonnement solaire en France

Moyenne annuelle de l’énergie reçue sur une surface orientée au sud et inclinée d'un angle égal à la latitude (en kWh/m².jour) d’après l’Altlas Européen du rayonnement solaire – Commission des Communautés Européennes.

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Energie solaire 14

Influence de l’orientation et de l’inclinaison

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

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Energie solaire 15

Masques solaires

A Noël, il n’y a du soleil que de midi (solaire) à 15h00,

alors qu’en juin, la montagne ne le cache pas

de la journée.

h a

sud

21 mars - 21

septembre

azimut

ha

ute

ur

sud ouest est

10°

20°

30°

40°

50°

60°

21 juin

21

décembre

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/m².an)

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

Irradiation Perte

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Energie solaire 16

Relevé d’un masque solaire

Les étapes pour la détermination du masque d’une installation solaire :

1. Repérage de la présence d’obstacles limitant l’ensoleillement

2. Identification de points clefs devant représenter la globalité 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 l’installation

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

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Energie solaire 17

Boussoles avec clinomètre

Indicateur de trajectoire du soleil

Outils de relevé de masque

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Energie solaire 18

Mesure de l’irradiation solaire

Pyranomètre pour la mesure d’irradiation globale

Pyranomètre pour mesure de l’albedo

Pyranomètre pour mesure d’irradiation diffuse

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Energie solaire 19

Points à retenir

Éclairement énergétique ou irradiance : G exprimé en W/m²

Rayonnement ou énergie incidente : H exprimé en Wh/m²

Constante solaire = 1370 W/m²

Irradiation directe par temps clair = 1000 W/m²

Rayonnement global = Rayonnement direct + rayonnement

diffus + rayonnement réfléchi (albédo)

Influence de la position des panneaux

Influence du masque