10/25/2013 Le rayonnement solaire Introduction générale Le rayonnement solaire qui arrive au niveau du sol peut être décomposé en deux parties, la Rayons directs première provient directement du LE GISEMENT SOLAIRE disque solaire, la deuxième a été diffusée par les éléments existants particules dans l'atmosphère. Dans ce chapitre nous étudierons la direction du rayonnement direct et le calcul de l'angle optimal pour l'inclinaison d'un capteur. Global = direct + Diffus Généralités sur le solei La structuredu soleil Introduction Zone convective 0.7 ≤ r/rS ≤ 1 T ≈ 2 ∙ 106 K ρ ≈ 0.15 g/cm3 Transport d‘énergie par convection Zone radiative 0.23 ≤ r/rS ≤ 0.7 T ≈ 7 ∙ 106 K ρ ≈ 4 g/cm3 Absorption et emission 1.001 ≤ r/rS ≤ 1.01 T ≈ 4500 K ρ ≈ 5 ∙ 10-9 g/cm3 Couronne 0 ≤ r/rS ≤ 0.23 T ≈ 1.5 ∙ 107 K ρ ≈ 100 g/cm3 Fusion Nucléaire Le soleil peut être assimilé a un corps noir ayant une température de 5762 K. Le centre du soleil a une température qui varie entre 8 * 106 et 40 * 106 K. La densité au centre du soleil étant de 100 fois celle de l'eau. L'énergie du soleil provient d'une fusion thermonucléaire. 1 ≤ r/rS ≤ 1.001 T ≈ 5800 K ρ ≈ 2 ∙ 10-7 g/cm3 Emission du spectre solaire en continu Chromosphère Noyeau (Coeur) Mouvement apparent du soleil Le soleil est une sphère formée de gaz chaud fortement comprimé, ayant un diamètre de 1.39*109m. La distance moyenne entre la terre et le soleil est de 1.5 * 1011 m. Photosphère 1.01 ≤ r/rS ≤ 20 T ≈ 107 K ρ ≈ 10-15 g/cm3 Le mouvement apparent du soleil Le soleil: Un réacteur nucléaire (Fusion nucléaire) La trajectoire de la terre autour du soleil Fusion de l‘Hydrogène et production d‘hélium avec plusieurs types de réactions: 2.1.1: (les plus importants: chaines proton-proton, les moins frequents: chaines carbone-azote-oxygen) animation Composition du soleil hydrogène 75 wt% helium 23 wt% autres 2 wt% Equation sommaire de la réaction: Mouvement apparent du soleil Equinoxe du printemps (21 Mars) = -0 4 p+ 4He2+ + 2 e+ + 2 + mc2 (e+ … positron, … neutrino, m … défaut de masse) Energie dégagée par réaction: mc2 ≈ 26.7 MeV ≈ 4.3 ∙ 10-12 J Solstice d’été (22 Juin) = +23.45 Soleil 152 millions de km 147 millions de km Solstice d’hiver (21 Décembre) = -23.45 Diminution de la masse du soleil par seconde: 4.3 ∙ 109 kg Puissance: P = m/t ∙ c2 =4.3 ∙ 109 kg/s ∙ (3 ∙ 108 m/s)2 = 3.85 ∙ 1026 W Equinoxe d’automne (21 Septembre) = -0 La terre décrit autours du soleil un mouvement de rotation sur une trajectoire elliptique dont le soleil occupe l'un des foyers. Une rotation complète prend 365 j 1/4 (une Figure année), ce mouvement estla àterre l'origine saisons (Fig. II-1-a). Le plan qui contiens la II-1-a: Trajectoire de autourdes du soleil. trajectoire de la terre est appelé plan de l'écliptique 1 10/25/2013 Le mouvement apparent du soleil Le mouvement apparent du soleil La définition de la déclinaison de la terre Animation 2327 ’ δ Axe de rotation de la terre Normale au plan de l’écliptique Direction terre soleil Tropique du cancer équateur Tropique du capricorne 360 n 284 365 23.45 * sin Plan de l’équateur (1) Avec : On appelle déclinaison360 de la terre: ( ) , l'angle entre le plan de l'équateur et la direction terre soleil. La déclinaison peut être JD JD 0 : (1) . 0.007133. sin JD 0 0.03268. cos JD 0 0.000318. sin 2.JD 0 0.000145. cos 2.JD 0 calculée par l'équation 2 360 •n : étant le quantième de l'année, c'est à dire le rang du jour dans l'année, le premier Janvier étant le premier jour (n = 1), le 31 JD 0 n 81 * Décembre : n=365. 365 Figure II-1-b : mouvement de la terre autour de son axe La terre effectue une rotation autours de son axe en 24 h. cette rotation est à l'origine du jour et de la nuit. L'axe de rotation de la terre fais un angle de 23° 27' avec la perpendiculaire au plan de l'écliptique (Fig. II-1-b). Le mouvement apparent du soleil en degrés. Si l'on veut360 calculer avec une meilleure précision, on utilise l'équation : 365 : pour équilibrer la rotation de la terre : 360° en 365 jours. = 23.45 sin JD. Le mouvement apparent du soleil La déclinaison de la terre en fonction des jours de l’année = 1.27*107m = 1.39*109m En dehors de l'atmosphère, la densité de flux qui parvient au 1.495 * 1011 m 1.7 % niveau de la terre est donnée par : E Figure II-2 : Déclinaison de la terre en fonction des jours de l’année. Au cours d'une journée, JD peut être considéré comme une constante. La figure II-2 donne la valeur de JD en fonction des jours de l’année. Eclairement solaire extra-atmosphérique L 4..a.2 32 ° Fig II-3 (1) La figure II-3 montre la géométrie de la terre par rapport au soleil La distance moyenne entre la terre et le soleil étant de 1.495 * 1011 mètres ± 1.7%. Les rayons extrêmes provenant du soleil à la surface de la terre font un angle de 32 minutes (environ ½ degrés) entre eux. On pourra donc supposer que le rayonnement solaire provenant du soleil et tombant sur la surface de la terre est un rayonnement parallèle. Le soleil rayonne un flux de L = 4 * 1026 W dans tout l'espace. En dehors de l'atmosphère, la densité de flux qui parvient au niveau de la terre est donnée par :[1] Avec : a = la distance entre la terre et le soleil L'orbite de la terre n'étant pas circulaire, la valeur de E n'est donc pas constante sur l'année. Sa valeur moyenne est de E0 = 1353 W/m 2 ± 1.5 %. Cette valeur est appelée la constante solaire. Des mesures récentes ont montré que E0 = 1373 W/m2. La distribution spectrale du rayonnement extra-atmosphérique Eclairement extraterrestre Éclairement extra-atmosphérique Eclairement [w/m2] 1440 1420 1400 Figure II-4 : Variation de l’éclairement extraatmosphérique au cours de l’année. 1380 1360 1340 1320 0 50 100 150 200 250 300 350 jours de l'annee 360.n E E 0 .1 0.033. cos 365 La valeur approximative de l’éclairement au cours de l'année peut être exprimée par la fonction :[1] [1] n étant le quantième. L'allure de la variation de l’éclairement extra-atmosphérique est donnée par la figure II-4 . Les mesures effectuées grâce aux satellites ont montré que la distribution spectrale du rayonnement solaire se fait selon la Figure II-5 : Distribution spectrale du rayonnement solaire en dehors de l’atmosphère et au niveau de la terre. figure II-5. On constate que les différents gaz de l’atmosphère absorbent certaines longueurs d’ondes. La fraction la plus importante de l’éclairement solaire se trouve dans le spectre visible. 2 10/25/2013 Spectre du rayonnement solaire qui atteint le sol Extinction du rayonnement dans l‘atmosphère Diffusion molécules de l‘air Diffusion et Absorption ( ca. 15%, variable) absorption 4 ozone Diffusion de rayleigh Et absorption (ca. 15%) aérosol Diffusion, réflection, absorption (fortement variable) Nuages Diffusion, réflection, absorption ( ca. 15%, variable) Vapeur d‘eau Rayonnement solaire direct normal au sol 5 1 Rayonnement spectral absorption (ca. 1%) réf lection 1 – Distribution de planck pour T= 5780 K à la distance moyenne terre-Soleil 2 – Spectre solaire Extra-atmosphérique 3 - absorption par l‘ ozone 4 - absorption par l‘Oxygène bi-atomique et l‘Azote 5 – Diffusion par les aérosols 6 - absorption par la vapeur d‘eau 7 – Le rayonnement maximal qui atteint le sol (sans absorption supplémentaire par les aérosols et les nuages) 3 2 Rayonnement à la surface extérieure de l‘atmosphère 7 uv 6 Infra-rouge Lumière visible Forte réduction du rayonnement dans le spectre Ultra-Violet (ozone) Extinction relativement faible dans le visible (H2O, also CO2) Longueur d‘onde Réduction importante dans le spectre infra-rouge 25/10/2013 Trajectoire dans l‘atmosphère : Air Mass Rayonnement direct, Diffus et réfléchi L‘Extinction du rayonnement dépend aussi de la trajectoire optique du rayonnement solaire { travers l‘atmosphère. Air Mass: Trajectoire Optique relative du rayonnement solaire direct à travers l‘atmosphère (AM = 1 pour le niveau de la mer et lorsque le soleil est au zenith) Effet de l‘atmosphère (Diffusion) Réflexion du sol rayonnement diffus rayonnement réfléchi rayonnement global = direct + diffus + réfléchi Composition du rayonnement incident sur une surface inclinée Première approximation (sans tenir compte de la courbure de la terre et de la hauteur) Rayonnement direct Rayonnement diffus G=Gb+Gd+Gr AM = 2.5 AM = 2 AM = 1.5 AM = 1 Plus exactement: θz Les systèmes CSP utilisent Exclusivement le rayonnement direct Rayonnement réf léchi h … la hauteur du soleil 25/10/2013 Rayonnement Direct : turbidité Eclairement sur un plan incliné Plan perpendiculaire au rayonnement direct La turbidité TL: Exprime l‘effet de l‘extinction variable du { l‘absorption et la diffusion de Mie dans des conditions de ciel clair par rapport { l‘effet constant de la diffusion de Rayleigh Plan Horizontal Plan incliné direct (beam) radiation z … Angle Zénital … Angle d‘incidence sur le plan incliné θ θz θz τms, τab ,τrs … Coefficients de transmission respectivement de la diffusion de Mie, de l‘absorption et de la diffusion de Rayleigh L‘éclairement est inversement proportionnel { l‘aire de la surface irradiée A Relation Empirique: Eclairement Gbn: éclairement direct (beam) normal, Gb: éclairement direct horizontal, 25/10/2013 Gbt: Ecl. direct sur un plan incliné 25/10/2013 3 10/25/2013 Rayonnement indirect: diffus et Réfléchi Bilan radiatif de la terre Rayonnement Réfléchi Rayonnement Diffus La distribution de Planck pour le soleil (5780K, max. à 0.5 m) et de la terre (288K, max. à 10 m) (les courbes ne sont pas { l‘échelle) Dépend de l‘éclairement global et de la réfléctivité R du sol au niveau de la surface considérée Approximation possible de Gd par la relation : (=indice de clarté K) 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100 Longueur d‘onde en m Estimation de l‘éclairement diffus sur une surface inclinée (inclinaison: ): Estimation de l‘éclairement réf léchi sur une surface inclinée (inclinaison: angle ): Les systèmes CSP utilisent exclusivement le rayonnement direct 25/10/2013 25/10/2013 Le soleil : un radiateur Le soleil: un radiateurthermique Energie solaire dégagée: énergie radiative Loi de distribution de Planck Rayonnement de la matière (Vent solaire) rayonnement électromagnétique P … Puissance totale émise par unité de surface Loi de déplacement de Wien λmax … Longueur d‘onde Max σ : constante de Stefan-Boltzmann b : constante de déplacement de Wien’s Loi de Stefan-Boltzmann Rayonnement solaire Electromagnétique ≈ rayonnement thermique d‘un corps noir Le rayonnement thermique d‘un corps noir est décrit par la loi du rayonnement de Planck: areas under curves indicate P(T) M(λ,T): λ: T: c: Trajectoire de la Longueur d‘onde Max spectral radiant emittance [W/(m2m)] wave length, k: Boltzmann constant temperature, h: Planck constant light velocity 25/10/2013 2.2: Le Soleil: Un radiateur thermique Le rayonnement solaire Les coordonnées du soleil Introduction Spectre du solei Extra-Atmosphérique ≈ le spectre du rayonnement qui atteint l‘atmosphère de la terre si le soleil est assimilé { un corps noir { 5800 K Température du soleil selon la loi de Stefan-Boltzmann: 5777K Température effective du soleil selon la loi de déplacelment de Wien (autour de 6300 K) Distribution spectrale de l‘éclairement W/m2nm Un observateur installé au niveau du sol a l'impression que c'est observed radiation maximum Distribution spectrale théorique si le soleil était un corps noir à 5777K radiation maximum at 5777 K ultraviolet visible wave length 25/10/2013 le soleil qui tourne autours de la terre. Distribution spectrale du rayonnement solaire en dehors de l‘atmosphère Infrarouge nm 25/10/2013 4 10/25/2013 Les coordonnées Azimutales ou horizontales Les coordonnées du soleil Introduction Afin Le système de coordonnées horizontales de localiser position du chaque instant, devons la soleil en On adopter lequel système de terre comme suit : nous décrirons la position du OX: pointé vers le sud OY: pointé vers l’ouest j OZ: la verticale du lieu, vers le haut soleil dans le ciel. On distingue deux systèmes (OX, OY, OZ): représente un trièdre inverse de coordonnées Figure II-6 : Le système de coordonnées horizontales 25/10/2013 25/10/2013 Les coordonnées Azimutales ou horizontales Coordonnées azimutales ou horizontales Les coordonnées du soleil dans un système de coordonnées horizontales Les coordonnées du soleil dans un système de coordonnées horizontales • Le soleil (ou n’importe quel point dans le ciel) • le point donné de la surface de la un système de coordonnées dans définit coordonnées Azimutales en un nous z est alors décrit par sa hauteur et son azimut. La hauteur h : c'est l'angle entre l'horizontale et le direction terre-soleil OS Si on exprime les coordonnées l'extrémité du vecteur • L'azimut a : c'est l'angle entre la projection de OS sur le plan horizontal et l'axe fdggfg fdgg OX (direction Sud) système d'axes ( OX OS , de dans le OY , OZ ), on a : • L'azimut est positif lorsque l'angle est à OX . l'ouest de dfdf x cosh . cos a y cosh . sin a z sinh h • L'azimut est négatif lorsque l'angle est à l'est OS de gfg OX . • L'axe de rotation de la terre fais se trouve dans le plan ( OX , OZ = a j avec OX et ). Figure II-7-a : Les coordonnées du soleil dans x un système de coordonnées horizontale y 25/10/2013 25/10/2013 Coordonnées équatoriales ou horaires Coordonnées Equatoriales ou Horaires Rappel Ce système de coordonnées est définit comme suit : oz’ OZ ' : parallèle à l'axe de la terre. OX ': pointe vers le sud et perpendiculaire à OZ ' OY ': pointe La distance zénithale du soleil à midi sous l'équateur. ou aussi : vers l'ouest et perpendiculaire à oy’ = ouest OZ ' et OX ' (OX ' , OY ', OZ ') représente un trièdre inverse. (OX ' , OY )' est un plan parallèle à l'équateur. la déclinaisonest l'angle entre la direction terre-soleil et le plan de l'équateur. c'est aussi : la latitude du lieu ou le soleil est à la verticale à midi. = - 23°27' au solstice d'hiver = + 23°27' au solstice d'été j = 0° aux équinoxes. L'équation qui permet de calculer a été donnée dans le paragraphe I-1 du Les coordonnées du soleil dans ce système d'axes sont : la déclinaison ( ) et l'angle équateur présent chapitre. horaire ( ). (ox’, oy’) sont dans un plan parallèle à l’équateur Figure II-8-a : Les coordonnées du soleil dans un système de coordonnées équatoriales. 25/10/2013 25/10/2013 5 10/25/2013 Coordonnées Equatoriales ou Horaires Coordonnées équatoriales ou Horaires Rappel Rappel Le système ( OX ' , OY ' , OZ ' ) se déduit du système ( OX , Oy , OZ ) par une rotation de j autour de l'axe Oy . En fait Oy et Oy' sont confondus. La matrice de •L'angle horaire : = C'est l'angle entre les plans (OZ’ , OS’) et ( OZ’, OX’ ) • à midi solaire vrai (TSV), = 0 Z’ • augmente de 15° par heure, il a une valeur négative 2 rotation étant la suivante : le matin et positive l'après-midi. Si on exprime les coordonnées de l'extrémité du vecteur ( OS Sinj dans le système d'axe OX ', OY ' ,OZ ' A = 0 ), Cosj on a : δ X’ x' cos . cos OS y' cos . sin z' sin x’ 0 Cosj 1 0 0 Sinj x y A z ω z z’ Rotation de (π/2 – φ) x' y' z' φ x Y’ 25/10/2013 25/10/2013 Coordonnées Horizontales Exercices Rappel On déduit donc : sinh cos j. cos . cos sin j. sin Cos Sin sin a Exercice I : Calculez la longueur de l'ombre portée d'un poteau électrique de hauteur D = 3 m, le 27 Novembre à 11h du matin, à Tunis. n = 331 Cosh 360 331 81 = 21.52 365 23.45 Sin A midi solaire vrai (12h TSV) : h 2 ET = 9.87 sin 2JD - 7.53 cos JD - 1.5 sin JD = 11.57. j TSV = 11h - 19' = 11.57' = 11h - 7.43' = 10h 52' 34" La hauteur maximale qui peut être obtenue dans un lieu donné arrive à midi TSV le jour du solstice d'été lorsques’ = 1 17°. Sin h = Cos j . Cos . Cos + Sin j . Sin = 0.4926. ) lorsque j = . cette condition ne peut avoir 2 lieu que lorsque s, c'est à dire dans les zones situées entre le tropique du cancer et le tropique du capricorne. Le soleil est à la verticale du lieu (h = 25/10/2013 L = 5.299 5.3 m. Calcul de l’angle d’incidence sur un plan donné on trouve : Pour rentabiliser un capteur solaire, il faut l'orienter de façon à capter un maximum lorsque l'incidence de l = sin cos z d'éclairement solaire sur sa surface, ceci est l'éclairement L'angle d'incidence de l'éclairement direct peut être facilement calculé, par contre celui du diffus est difficile à connaître vu la nature de ce rayonnement. β u β On déduit alors : n Cos = U • OS θ m α y θ u x n α β β m l S n u n z U = m = sin . sin n = cos S direct est proche de la normale. 25/10/2013 tgh = 0.566. D tg (h) L 25/10/2013 Calcul de l’angle d’incidence sur un plan donné réalisé h = 29.51° u x α m On se propose dans ce qui suit de calculerl l'angle d'incidence du rayonnement direct à un instant donné sur un plan ayant y l'orientation suivante : α Inclinaison : anglem entre le plan en question et le plan horizontal. Azimut : c'est l'angle entre la normale au plan et le plan méridien. Si on cherche les cosinus directeurs de la normale au plan, on trouve: 25/10/2013 6 10/25/2013 Calcul de l’angle d’incidence sur un plan donné Calcul de l’angle d’incidence sur un plan donné Remarques Si on élimine h et a, et on exprime en fonction de j,,, on obtient l'équation : Cos = Sin • Sin j . Cos - Sin • Cos j • Sin • Cos + Cos • Cosj • Cos Cos Pour une surface orientée vers le sud, = 0, on obtient alors : Cos Sur la journée , est minimum pour = 0, c'est à dire à 12 h TSV. + Cos • Sin j • Sin • Cos • Cos + Cos • Sin • Sin • Sin . =Sin • Sin j • Cos - Sin• Cos• Sin Sur l'année , est minimum pour j. Pour l'hiver , est minimum pour j /2) , soit environ : j1àj15 + Cos • Cos j• Cos • Cos + Cos • Sin • Sin • Cos = Sin • Sin ( j ) + Cos • Cos ( j ) • Cos pour Cos Sin • Sin ( j ) + Cos • Cos ( j ) • Cos = 25/10/2013 25/10/2013 Le temps solaire Vrai Le temps solaire Vrai La Première correction: Introduction C'est le temps qui correspond au mouvement du soleil. Le temps solaire vrai varie avec l'endroit ou s'effectue l'observation. On le définit de manière à ce que midi solaire vrai correspond au moment ou le soleil passe par le méridien du lieu d'observation. Le temps solaire vrai ne coïncide pas forcément avec le temps local (lu sur la montre). cette différence est due à deux corrections : Correction de l’équation du temps Correction de la convention du temps La première correction est due à la différence de temps entre le méridien où est situé l'observateur et le méridien pris comme méridien de référence pour le calcul du temps local. En effet, le soleil prend 4 minutes pour traverser 1° de longitude. Le temps local est le temps du méridien qui passe au centre du fuseau horaire dans lequel est situé le lieu d'observation. Un fuseau horaire est la surface terrestre entre deux méridiens séparés de 15°. Le fuseau horaire de référence est celui qui s'étend entre 7.5° Est et 7.5° Ouest du méridien de Greenwich. 25/10/2013 25/10/2013 Temps solaire Vrai Correction de l’équation du temps La deuxième correction: Equation du Temps La deuxième correction est due au fait que la vitesse de rotation de la terre autours du soleil n'est pas constante. Cette perturbation est causée par le fait que la trajectoire de la terre est elliptique et non circulaire. L'inclinaison de l'axe de rotation de la terre par rapport à la normale au plan de l'écliptique interviens aussi pour perturber la longueur de la journée. Supposons que la trajectoire de la terre est circulaire. Du fait que la terre effectue deux mouvements, le premier autours d'elle-même et le second autours du soleil, le soleil ne repasse au zénith qu'après avoir décrit une rotation de (360° + ). L'angle peut être calculé par l'équation : = V • avec : ts 1 d •V : la vitesse de la terre sur son orbite; •ts : l'intervalle de temps entre deux passages du soleil au zénith; •d : la distance terre-soleil. 25/10/2013 Loi de kepler La vitesse de la terre ( V ) et la distance terre-soleil ( a ), varient au cours de l'année (selon la 2ième loi de Kepler), le produit (V . a) est une constante. Pour tenir compte de l'inclinaison de l'axe des pôles par rapport au plan de l'écliptique, il suffit de remplacer V par sa projection Loi de Kepler orthogonale sur le plan de l'équateur, ainsi une correction appelée correction de l'équation du temps (ET) doit être effectuée pour tenir compte de ce phénomène. ET 9.87 Sin(2.JD) 7.53 Cos( JD) 1.5 Sin( JD) ET : est exprimée en minutes [mn] et fraction décimale de mn. Elle varie au cours de l'année entre (-14.3) mn et (+16.4) mn. 360 JD = JD0 + 2 [0.007133 Sin JD0 + 0.032680 Cos JD0 - 0.000318 Sin 2JD0 + 0.000145 Cos 2JD0]. JD 0 (n 81). 360 365 [degrés]. 25/10/2013 7 10/25/2013 Correction de l’équation du temps Temps solaire vrai Janvier n Delta L'allure de la courbe de l'équation du temps est donnée par la courbe de la figure II-11 suivante : Ainsi, le temps solaire vrai est exprimé comme suit : TSV = TL – 4 . (L – Lref) + ET avec : •TL : le temps légal : est le temps lu au niveau des montres et adapté officiellement au niveau d'un pays. D'habitude c'est le temps du fuseau horaire (sauf exceptions). •L = longitude du lieu. •Lref = longitude du méridien de référence pris pour le calcul du temps légal. •ET : correction de l'équation du temps. •4 : [mn /°]. Figure II-11 : Équation du temps Pour la ville de Tunis :L = -(10° 15') Lref = (- 15)° (pour toute la Tunisie). La longitude est calculée négativement à l'est du méridien de Greenwich et positivement à l'ouest. 23.05 22.97 22.89 22.80 22.71 22.60 22.50 22.38 22.27 22.14 22.01 21.87 21.73 21.58 21.42 21.26 21.09 20.92 20.74 20.55 20.36 20.16 19.96 19.75 19.54 19.32 19.09 18.86 18.63 18.39 18.14 ET -3.67 -3.85 -4.02 -4.19 -4.35 -4.51 -4.66 -4.80 -4.94 -5.08 -5.20 -5.33 -5.44 -5.55 -5.64 -5.74 -5.82 -5.89 -5.96 -6.02 -6.07 -6.11 -6.14 -6.17 -6.18 -6.19 -6.18 -6.17 -6.14 -6.11 -6.07 Février corr-TSV -3.69 -4.15 -4.60 -5.05 -5.49 -5.93 -6.36 -6.78 -7.20 -7.60 -8.00 -8.39 -8.77 -9.14 -9.50 -9.85 -10.19 -10.52 -10.83 -11.14 -11.43 -11.72 -11.99 -12.24 -12.49 -12.72 -12.94 -13.14 -13.34 -13.51 -13.68 -22.69 -23.15 -23.60 -24.05 -24.49 -24.93 -25.36 -25.78 -26.20 -26.60 -27.00 -27.39 -27.77 -28.14 -28.50 -28.85 -29.19 -29.52 -29.83 -30.14 -30.43 -30.72 -30.99 -31.24 -31.49 -31.72 -31.94 -32.14 -32.34 -32.51 -32.68 Delta ET -17.25 -16.97 -16.68 -16.39 -16.09 -15.78 -15.47 -15.16 -14.84 -14.52 -14.19 -13.86 -13.52 -13.18 -12.84 -12.49 -12.14 -11.78 -11.42 -11.06 -10.70 -10.33 -9.95 -9.58 -9.20 -8.82 -8.44 -8.06 -7.67 Août corr-TSV -22.67 -22.85 -23.02 -23.19 -23.35 -23.51 -23.66 -23.80 -23.94 -24.08 -24.20 -24.33 -24.44 -24.55 -24.64 -24.74 -24.82 -24.89 -24.96 -25.02 -25.07 -25.11 -25.14 -25.17 -25.18 -25.19 -25.18 -25.17 -25.14 -25.11 -25.07 Delta 17.89 17.64 17.38 17.11 16.84 16.56 16.28 16.00 15.71 15.42 15.12 14.81 14.51 14.20 13.88 13.56 13.24 12.91 12.58 12.24 11.91 11.56 11.22 10.87 10.52 10.16 9.81 9.45 9.08 8.71 8.35 ET -6.01 -5.95 -5.88 -5.79 -5.70 -5.60 -5.49 -5.36 -5.23 -5.09 -4.94 -4.78 -4.61 -4.43 -4.24 -4.04 -3.83 -3.61 -3.39 -3.15 -2.91 -2.66 -2.40 -2.13 -1.86 -1.57 -1.29 -0.99 -0.69 -0.38 -0.06 Septembre corr-TSV -25.01 -24.95 -24.88 -24.79 -24.70 -24.60 -24.49 -24.36 -24.23 -24.09 -23.94 -23.78 -23.61 -23.43 -23.24 -23.04 -22.83 -22.61 -22.39 -22.15 -21.91 -21.66 -21.40 -21.13 -20.86 -20.57 -20.29 -19.99 -19.69 -19.38 -19.06 Delta ET 7.97 7.60 7.22 6.84 6.46 6.08 5.70 5.31 4.92 4.53 4.14 3.74 3.35 2.95 2.56 2.16 1.76 1.36 0.96 0.56 0.16 -0.24 -0.64 -1.04 -1.44 -1.84 -2.24 -2.64 -3.04 -3.44 Octobre corr-TSV 0.26 0.59 0.92 1.25 1.59 1.94 2.29 2.64 3.00 3.36 3.72 4.08 4.45 4.81 5.18 5.55 5.92 6.28 6.65 7.02 7.38 7.75 8.11 8.46 8.82 9.17 9.52 9.86 10.20 10.54 -18.74 -18.41 -18.08 -17.75 -17.41 -17.06 -16.71 -16.36 -16.00 -15.64 -15.28 -14.92 -14.55 -14.19 -13.82 -13.45 -13.08 -12.72 -12.35 -11.98 -11.62 -11.25 -10.89 -10.54 -10.18 -9.83 -9.48 -9.14 -8.80 -8.46 Delta -3.84 -4.24 -4.63 -5.03 -5.42 -5.82 -6.21 -6.60 -6.98 -7.37 -7.75 -8.13 -8.51 -8.89 -9.27 -9.64 -10.01 -10.37 -10.74 -11.10 -11.46 -11.81 -12.16 -12.51 -12.85 -13.19 -13.53 -13.86 -14.19 -14.51 -14.83 ET Novembre corr-TSV 10.86 11.19 11.50 11.81 12.11 12.41 12.70 12.98 13.25 13.51 13.76 14.01 14.24 14.46 14.67 14.88 15.07 15.25 15.42 15.57 15.72 15.85 15.97 16.08 16.17 16.25 16.32 16.37 16.41 16.44 16.45 -8.14 -7.81 -7.50 -7.19 -6.89 -6.59 -6.30 -6.02 -5.75 -5.49 -5.24 -4.99 -4.76 -4.54 -4.33 -4.12 -3.93 -3.75 -3.58 -3.43 -3.28 -3.15 -3.03 -2.92 -2.83 -2.75 -2.68 -2.63 -2.59 -2.56 -2.55 Delta -15.15 -15.46 -15.76 -16.07 -16.36 -16.65 -16.94 -17.22 -17.50 -17.77 -18.04 -18.30 -18.55 -18.80 -19.05 -19.28 -19.52 -19.74 -19.96 -20.18 -20.38 -20.59 -20.78 -20.97 -21.15 -21.33 -21.50 -21.66 -21.82 -21.96 ET 16.45 16.44 16.41 16.36 16.31 16.24 16.15 16.05 15.94 15.81 15.67 15.51 15.34 15.16 14.96 14.75 14.53 14.29 14.04 13.78 13.51 13.22 12.92 12.61 12.29 11.96 11.61 11.26 10.89 10.52 Décembre corr-TSV -2.55 -2.56 -2.59 -2.64 -2.69 -2.76 -2.85 -2.95 -3.06 -3.19 -3.33 -3.49 -3.66 -3.84 -4.04 -4.25 -4.47 -4.71 -4.96 -5.22 -5.49 -5.78 -6.08 -6.39 -6.71 -7.04 -7.39 -7.74 -8.11 -8.48 Delta -22.11 -22.24 -22.37 -22.49 -22.60 -22.71 -22.81 -22.90 -22.99 -23.07 -23.14 -23.20 -23.26 -23.31 -23.35 -23.39 -23.41 -23.43 -23.45 -23.45 -23.45 -23.44 -23.42 -23.40 -23.36 -23.32 -23.28 -23.22 -23.16 -23.09 -23.01 ET 10.14 9.74 9.34 8.93 8.51 8.09 7.65 7.21 6.77 6.32 5.86 5.40 4.93 4.46 3.98 3.51 3.03 2.55 2.06 1.58 1.09 0.61 0.12 -0.36 -0.85 -1.33 -1.80 -2.28 -2.75 -3.22 -3.69 corr-TSV -8.86 -9.26 -9.66 -10.07 -10.49 -10.91 -11.35 -11.79 -12.23 -12.68 -13.14 -13.60 -14.07 -14.54 -15.02 -15.49 -15.97 -16.45 -16.94 -17.42 -17.91 -18.39 -18.88 -19.36 -19.85 -20.33 -20.80 -21.28 -21.75 -22.22 -22.69 -32.83 -32.97 -33.09 -33.21 -33.30 -33.39 -33.46 -33.51 -33.55 -33.58 -33.60 -33.60 -33.59 -33.56 -33.52 -33.47 -33.41 -33.33 -33.24 -33.14 -33.03 -32.90 -32.77 -32.62 -32.46 -32.29 -32.11 -31.92 -31.73 Delta -7.28 -6.89 -6.49 -6.10 -5.70 -5.30 -4.90 -4.50 -4.10 -3.70 -3.29 -2.89 -2.48 -2.08 -1.67 -1.26 -0.86 -0.45 -0.04 0.36 0.77 1.18 1.58 1.99 2.39 2.79 3.19 3.59 3.99 4.39 4.79 ET Avril corr-TSV -12.52 -12.30 -12.07 -11.84 -11.60 -11.34 -11.09 -10.82 -10.55 -10.27 -9.99 -9.70 -9.41 -9.11 -8.81 -8.50 -8.19 -7.88 -7.56 -7.25 -6.93 -6.61 -6.29 -5.96 -5.64 -5.32 -5.00 -4.68 -4.36 -4.05 -3.73 Delta -31.52 -31.30 -31.07 -30.84 -30.60 -30.34 -30.09 -29.82 -29.55 -29.27 -28.99 -28.70 -28.41 -28.11 -27.81 -27.50 -27.19 -26.88 -26.56 -26.25 -25.93 -25.61 -25.29 -24.96 -24.64 -24.32 -24.00 -23.68 -23.36 -23.05 -22.73 5.18 5.57 5.97 6.35 6.74 7.13 7.51 7.89 8.27 8.64 9.01 9.38 9.75 10.11 10.47 10.83 11.18 11.53 11.88 12.22 12.56 12.89 13.23 13.55 13.88 14.20 14.51 14.82 15.13 15.43 ET -3.42 -3.11 -2.81 -2.51 -2.21 -1.91 -1.63 -1.34 -1.06 -0.79 -0.52 -0.26 -0.01 0.24 0.48 0.71 0.94 1.16 1.37 1.57 1.77 1.95 2.13 2.30 2.46 2.61 2.75 2.88 3.01 3.12 Mai corr-TSV -22.42 -22.11 -21.81 -21.51 -21.21 -20.91 -20.63 -20.34 -20.06 -19.79 -19.52 -19.26 -19.01 -18.76 -18.52 -18.29 -18.06 -17.84 -17.63 -17.43 -17.23 -17.05 -16.87 -16.70 -16.54 -16.39 -16.25 -16.12 -15.99 -15.88 Delta ET 15.73 16.02 16.30 16.59 16.87 17.14 17.41 17.67 17.93 18.18 18.43 18.67 18.90 19.14 19.36 19.58 19.80 20.00 20.21 20.40 20.59 20.78 20.96 21.13 21.30 21.46 21.62 21.77 21.91 22.05 22.18 Juin corr-TSV 3.23 3.32 3.41 3.49 3.55 3.61 3.66 3.70 3.73 3.75 3.76 3.76 3.75 3.73 3.71 3.67 3.63 3.58 3.52 3.45 3.37 3.29 3.20 3.09 2.99 2.87 2.75 2.62 2.49 2.35 2.20 -15.77 -15.68 -15.59 -15.51 -15.45 -15.39 -15.34 -15.30 -15.27 -15.25 -15.24 -15.24 -15.25 -15.27 -15.29 -15.33 -15.37 -15.42 -15.48 -15.55 -15.63 -15.71 -15.80 -15.91 -16.01 -16.13 -16.25 -16.38 -16.51 -16.65 -16.80 Delta 22.30 22.42 22.53 22.64 22.74 22.83 22.91 22.99 23.07 23.14 23.20 23.25 23.30 23.34 23.37 23.40 23.42 23.44 23.45 23.45 23.45 23.43 23.42 23.39 23.36 23.33 23.28 23.23 23.18 23.11 ET 2.05 1.89 1.73 1.56 1.39 1.21 1.03 0.85 0.66 0.47 0.28 0.08 -0.12 -0.32 -0.52 -0.72 -0.92 -1.13 -1.33 -1.53 -1.74 -1.94 -2.14 -2.34 -2.54 -2.73 -2.93 -3.12 -3.31 -3.49 corr-TSV -16.95 -17.11 -17.27 -17.44 -17.61 -17.79 -17.97 -18.15 -18.34 -18.53 -18.72 -18.92 -19.12 -19.32 -19.52 -19.72 -19.92 -20.13 -20.33 -20.53 -20.74 -20.94 -21.14 -21.34 -21.54 -21.73 -21.93 -22.12 -22.31 -22.49 Exercice II : Calculer pour le 1er mai à 15h, à Tunis, le temps solaire vrai et l'angle horaire en degrés, sachant que : j = 36.8° L = 10°15' Déduire la hauteur et l'azimut du soleil à cet instant; on donne : L = 10°15' n = 121 ; JD = 39.45° = 23.45 sin JD = 14.9° ET = 9.87 sin 2JD - 7.53 cos JD 1.5 sin JD = 2 mn 55 s. TSV = 15h + 4 (- 15 + 10°15') + 2 mn 55 s = 14h 43 mn 5" = 2h 43 mn 5" = 40.75° sin h = cos j . cos . cos + sin j . sin . = 0.8509 Sin (a) 25/10/2013 h = 58°31. Cos ( ) Sin ( ) = 0.799 Cos (h) Le tableau II-1 donne les valeurs de la déclinaison, de l’équation du temps ainsi que du décalage (en minutes) entre le Temps Solaire Vrai et le Temps légal pour la ville de TUNIS pour les 365 jours de l'année. a = 55°00 25/10/2013 Exercices Exercices Exercice III Calculez l'heure de lever et de coucher du soleil le 12 Octobre. sin h = 0 cos = - tg j . tg . n = 285 = - 8.482. cos = 0.11156 = 83.59° lever = 6h26 mn TSV Coucher = 17h34mn TSV = 5h34 mn. soit : 6h21' 14" TL soit : 17h29' 14" TL ET = 14.22 mn TSV = -4.78 mn = -(4 mn + 46’’) 25/10/2013 Mars corr-TSV -13.83 -13.97 -14.09 -14.21 -14.30 -14.39 -14.46 -14.51 -14.55 -14.58 -14.60 -14.60 -14.59 -14.56 -14.52 -14.47 -14.41 -14.33 -14.24 -14.14 -14.03 -13.90 -13.77 -13.62 -13.46 -13.29 -13.11 -12.92 -12.73 Exercices Juillet Delta ET 25/10/2013 Temps solaire vrai 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 -23.01 -22.93 -22.84 -22.74 -22.64 -22.52 -22.40 -22.28 -22.14 -22.00 -21.86 -21.70 -21.54 -21.37 -21.20 -21.01 -20.83 -20.63 -20.43 -20.22 -20.01 -19.79 -19.56 -19.33 -19.09 -18.84 -18.59 -18.34 -18.07 -17.81 -17.53 Le tableau II-1 donne les valeurs de la déclinaison, de l’équation du temps ainsi que du décalage (en minutes) entre le Temps Solaire Vrai et le Temps légal pour la ville de TUNIS pour les 365 jours de l'année. 25/10/2013 n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Exercice IV : A Paris, les champs Elysées sont orientés vers le nord ouest et font un angle de 23°25' avec la direction Est-Ouest. Quels jours le soleil se couche-t-il exactement dans cet axe ? la latitude de Paris étant de j = 48°46'. Coucher sin(a) sin a = cos • sin sin h=0 Ouest cos = - tg j • tg sin a cos 2 + cos = - tg j • tg tgj.tg 2 Cos ( ) =1 Sud Nord Sin2 a + tg2j • Sin2 = Cos2 = 1 - Sin2. Sin2 a + Sin2 (tg2j + 1) = 1 1 Sin 2 Cos 2 Sin2 = = Cos2 a • Cos2j = 1 tg 2j 1 tg 2j Sin = ± Cos a • Cos j. a = 113°•25' JD = 40 140 Est Lever n = 122 n = 223 2 mai. 10 Août 25/10/2013 8 10/25/2013 Les diagrammes solaires Les diagrammes solaires Objectifs de la leçon Introduction • Pour faciliter le travail des Ingénieurs et architectes, et leur éviter les calculs fastidieux, des diagrammes solaires et des abaques sont proposés. L'abaque le plus utilisé étant celui qui indique la hauteur et l'azimut en fonction des heures de la journée et ceci mois par mois. Cet abaque est utilisée par les architectes pour calculer les ombres crées par le voisinage. Construire les diagrammes solaires en vue de les utiliser pour estimer l'ombre d'un obstacle sur un plan quelconque : Construire les lignes représentant la hauteur Construire les lignes représentant l’azimut Construire les lignes représentant la projection de la voûte céleste Construire les lignes représentant la trajectoire du soleil dans le ciel Construction de l'abaque solaire pour Tunis 25/10/2013 25/10/2013 Les diagrammes solaires Construction du diagramme Hauteur du soleil L’azimut du soleil 90° 80° 70° 60° 50° 40° 30° 20° 10° 00° 120° E 15° 45° S 15° 120° O Figure II-12-b : Construction de l’abaque : l’azimut du soleil Figure II-12-a : Construction de l’abaque : la hauteur du soleil Mesurée entre l'horizon et la position du soleil au dessus de ce dernier. Les lignes horizontales de l'abaque représentent la hauteur du soleil avec un incrément de 10°. les lignes verticales représentent l'azimut du soleil (par 5°) à l'Est et à l'Ouest du Sud vrai. Construction du diagramme Construction du diagramme Projection de la voûte céleste La trajectoire du soleil Diagramme solaire Voûte céleste Horizon E Figure II-12-c : Construction de l’abaque : la projection de la voûte céleste. En traçant les lignes horizontales et verticales, on obtiens finalement une grille représentant les coordonnées dans le ciel. La projection effectuée est une projection polaire. S O Une fois la hauteur et l'azimut du soleil connus, la position du soleil est localisée en chaque instant dans le ciel, et la trajectoire est tracée pour n'importe quel jour de l'année. Sur:l'abaque, sont tracées les trajectoires du soleil tout les 21 de chaque mois. Figure II-12-d Construction de l’abaque : la trajectoire du soleil. Les positions du soleil selon les heures de la journées sont indiquées. 9 10/25/2013 Construction du diagramme L’abaque solaire de la ville de Tunis : Figure II-13 : Abaque solaire pour la ville de Tunis Utilisation des diagrammes Utilisation des diagrammes L’effet de masque Lorsqu'un capteur est installé, les bâtiments, arbres et obstacles qui l'entourent peuvent créer des masques sur sa surface. Il est important de connaître à quel instant ceci arrive, et de calculer l'importance de ces masques et leur effet sur l'énergie reçue à la surface du capteur. Exercice L’effet de masque Exercice V Un mur orienté au Sud - Est (- 45°) est percé d'une fenêtre d'une hauteur Hf = 2 m, située à Df = 50 cm sous un balcon très long et ayant une avancée de 1 m par rapport au mur. Quelle serait la fraction de la fenêtre qui sera à l'ombre le jour de l'équinoxe à midi TSV en un lieu situé à j 45° Nord. = 0 h j 2 a=0 4 4 L’éclairement global sur une surface inclinée fixe tg h Cos (a ) 1 2 Cos 4 D = √2 - 0.5 = 0.91 m. tg (h f ) Pour localiser l'effetest deàces obstacles, il faut les reporter sur un diagramme solaire en transformant leurs altitude en hauteur (angle) Le capteur l'ombre lorsque h < ho au dessus de l'horizon et leur largeur en azimut. La référence étant la position du capteur. Prenons le cas simple d'un bâtiment ho étant défini par : tg ho = tg hm • cos parallélépipédique : Le capteur est à l'ombre lorsque h < ho ; ho étant défini par : étant l'azimut du soleil tg ho = tg hm • cos étant l'azimut du soleil. condition est vérifiée <<1 , en dehors de cet intervalle, le soleil atteint le capteur Cette condition estCette vérifiée lorsque 2 lorsque < < 1 , sans être caché. On trace les diagrammes d'ombre et on les reporte sur l'abaque d'ensoleillement. On déduit les heures ou le soleil n'atteint pas le capteur. f 2 0.5 45.7% 2 L’éclairement global sur une surface inclinée fixe Introduction Un capteur solaire plan absorbe les deux composantes de l'éclairement solaire: le diffus et le direct L’objectif de la leçon est de calculer l’éclairement solaire sur un plan donné: L’éclairement direct est directionnel Pour l’éclairement Diffus il existe plusieurs modèles: • Ciel isotrope • Modèle de Hottel et Willier • Modèle de Liu et Jordan R éclairement global sur une surface inclinée plane I i éclairement global sur le plan horizontal I R peut être décomposé en deux parties représentant la contribution du direct et celle du diffus. Rd I éclairement direct sur le plan incliné di éclairement direct sur le plan horizontal I d • ……….. On a donc : R Id I Rd D R D I I Un capteur solaire plan absorbe les deux composantes de l'éclairement solaire : le diffus et le direct. En général, on dispose de l'éclairement sur le plan horizontal. Pour estimer l'éclairement sur un plan incliné il faut d'abord connaître la valeur du rapport R. 10 10/25/2013 L’éclairement direct L’éclairement diffus Introduction Pour le cas de l’éclairement direct, le rapport Rd peut être calculé avec précision, vu que ce rayonnement est directionnel. Pour l'éclairement Diffus, il faut d'abord L'éclairement direct sur une surface inclinée étant : I di I d cos I dh Avec : considérer cos sinh • = angle entre la normale au plan et le rayon solaire (Angle d’incidence du • h = la hauteur du soleil à l'instant donné • Idh = composante de l'éclairement direct sur la surface horizontale. Rd d'où qu'une surface inclinée quelconque (plane) ne voit qu'une partie de la voûte céleste, et donc ne capte qu'une partie de l’éclairement diffus, par rayonnement direct). contre, elle capte une partie de l’éclairement diffus réfléchi par le sol. cos sinh Le meilleur angle azimutal pour un capteur solaire plan étant égal à zéro : (a = 0), on a donc : Plusieurs modèles de calcul existent : Modèle du ciel clair Modèle de Hottel et Woertz Modèle de Liu et Jordan Cos j .Cos .Cos Sinj .Sin Rd Cosj .Cos .Cos Sinj .Sin L’éclairement diffus L’éclairement diffus Modèle du ciel clair Le modèle de Hottel et Woertz On peut supposer que le ciel est clair, et que la grande partie du rayonnement Hypothèses: diffus vient d'un cercle proche du soleil (le ciel circumsolaire). Le diffus est à Ciel nuageux, donc le rayonnement diffus est isotrope ce moment très anisotrope. Dans ce cas, on peut traiter l'éclairement diffus de Le sol réfléchit uniformément le rayonnement sur la surface inclinée la même manière que l'éclairement direct : R = Rd dans ce cas: Exemple : Estimer la valeur de R pour une surface inclinée de 60° pour j= 60° à 9h30 du matin. Le RD = 1 l'irradiation solaire globale sur le plan incliné est donc : 20 Février. On supposera que le rayonnement diffus est concentré autour du soleil. R Rd Cosj .Cos .Cos Sin j .Sin Cosj.Cos .Cos Sinj.Sin IG = Id . Rd + ID la valeur de R est alors : R Ii Id I Rd D I I I On peut supposer le rayonnement diffus isotrope, c'est à dire uniformément reparti sur le ciel, ce cas arrive lorsque le ciel est Ce modèle est appelé modèle de Hottel et Woertz (mis au point en 1942). complètement nuageux. On suppose aussi que le sol réfléchit uniformément le rayonnement sur une surface inclinée de manière à ce que l'on peut le considérer comme source d'éclairement diffus. Dans ce cas, le plan incliné reçoit en gros une quantité de rayonnement diffus égale au diffus du ciel et quelque soit son inclinaison et orientation. R 1.1. L’éclairement diffus Eclairement solaire sur un plan incliné selon l’orientation Le modèle de Liu et Jordan Hypothèses: éclairement = f(orientation) Une surface inclinée reçoit du rayonnement: En provenance du disque solaire (direct) • Diffus en provenance du ciel • Réfléchi par le sol L’éclairement réfléchi par le sol est donné par: (1) (ID + Id) . 1 Cos 2 L'éclairement solaire sur la surface du capteur est alors : Ii = Id . Rd + ID ( 1 Cos ) + (Id + ID) . ( 1 Cos ) 2 2 Liu et Jordan ont proposé les valeurs : R I I 1 Cos 1 Cos R I I 2 2 d D Ce modèle mis au point en 1963 considère que l'éclairement solaire est composé d'une composante directe, une composante d diffuse et une composante réfléchie. = 0.7 pour un sol couvert de neige 180 Irradiation journalière moyenne • 160 140 sud 120 100 sud-ouest ouest 80 60 nord-ouest nord 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 mois Un plan= incliné d’ununangle par rapport à l'horizontale, voit le ciel avec un facteur de forme : (1 + cos )/2 avec le sol. Si on 0.2 pour sol nu. considère que le sol a une réfléctivité , l'éclairement réfléchi par le sol est alors :[1] 11 10/25/2013 Exercice Determination des ressources solaires locales Mesures par satellite Mesures au sol Exercice VI : Comparez l'éclairement sur le plan du capteur (exemple précédent) lorsque le sol est nu et lorsque le sol est couvert de neige. On supposera que 75% du rayonnement global est direct et 25% est diffus. Si = 0.2 : 1 Cos60 1 Cos60 R 0.75 1.71 0.25 0.2 2 2 = 1.28 + 0.19 + 0.05 = 1.52. Si 0.7 : 1 Cos60 1 Cos60 R 0.75 1.71 0.25 0.7 2 2 = 1.65 Mesures au sol Type de mesure du rayonnement Les pyranomètres Pyranometer du type thermopile pyrheliomètre Pyranomère avec bande rotative pour l’ombrage Eclairement Global (Avec l’anneau: Eclairement Diffus)) Eclairement direct sur un plan Normal au rayonnement Eclairement global, Diffus et Direct Ecart Tupe ca. 1.5 % maintenance ca. 2 % Sensibilitée élevée à la poussière; nécessité de nettoyage quotidien • Plage de mesures: 0.3 μm ≤ λ ≤ 3 μm • Principe de fonctionnement • L’absorbeur noir sous les domes de verre est chauffé grace au rayonnement solaire • Un contact thermique entre la surface noire de l’absorbeur et le corps extérieur du pyranomètre • La différence de température entre le centre de l’absorbeur noir et le bord est ca. 3 % mesurée grace à une thermopile. Sensibilité plus faible à la poussière sources: Kipp & Zonen, Gengenbach Messtechnik (source: Kipp & Zonen) 25/10/2013 Pyranomètre pour la mesure du diffus (dispositif pour cacher le direct) Mesure de l’éclairement Diffus en utilisant un dispositif pour cacher le direct (anneau ou sphère) Anneau pour cacher le disque solaire À ajuster régulièrement (2 fois par semaine) Pyrheliometer - Spectre de mesure: 0.2 μm ≤ λ ≤ 4 μm - Angle d’ouverture: Sphère pour cacher le disque solaire opening angle 5° - Même principe de fonctionnement qu’un Pyranomètre (thermopile) Avec système de suivi - Un système de suivi du soleil est nécessaire L’Eclairement Direct est calculé en effectuant la différence entre l’éclairement Global et l’éclairement diffus. source: Gengenbach Messtechnik source: Gengenbach Messtechnik 25/10/2013 12 10/25/2013 Pyranomètre à anneau rotatif Pyranomètre à anneau rotatif Mesure de l’éclairement global et diffus L’éclairement Direct est déduit en calculant la différence entre l’éclairement global et l’éclairement diffus. source: Solar Millennium AG Fiabilité des mesures au sol Principe de la mesure par satellites Des mesures sur du long terme sont requises pour obtenir des données fiables. Variation maximale de l’éclairement en comparaison avec la moyenne sur une longue période Variations maximales de l’éclairement durant une période de 1 an à 20 ans par rapport à la moyenne sur une longue période de 1937 à 1999 (données de la station de Potsdam/Allemagne) Les images de météosat indiquent la couverture nuageuse 20% 15% Données atmosphériques additionnelles: 10% 5% • distribution de l’ozone 0% -5% • contenu en vapeur d’eau -10% • contenu en Aérosols -15% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Période de mesures (en années) La mesure au sol demande de longues périodes de mesures et nécessite des moyens coûteux source: Quaschning Satellites géostationnaires Bases de donnéesdu rayonnement disponibles Données mesurées au Sol • Position Géostationnaire par rapport à la terre • Altitude de fonctionnement: 36,000 km • Position en face de l’équateur Les satéllites Géostationnaires pour la région EU-MENA Meteosat 7 0° latitude; 0° longitude Meteosat 5 0° latitude; 63° longitude - World Radiation Data Centre (WRDC) - Global Energy Balance Archive (GEBA) - Baseline Surface Radiation Network (BSRN) - International Daylight Measurement Programme (IDMP) Mesures effectuées par satellites - NASA´s Surface Meteorology and Solar Energy (SSE) - SOLEMI - Satel-Light - HelioClim Sources de données(mesures au sol et/ou par satellite) + interpolation - Meteonorm - European Solar Radiation Atlas (ESRA) - SoDa Service - Test-Reference-Year - Eosweb - PVGIS - RETScreen source: DLR 13 10/25/2013 Chapitre 2: LE RAYONNEMENT SOLAIRE Merci de votre attention La trajectoire de la terre autour du soleil 25/10/2013 Retour Chapitre 2: LE RAYONNEMENT SOLAIRE Le mouvement de la terre autour de son axe 25/10/2013 Retour 14