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1.Le rayonnement solaire: origine et
définition
2.Les variables du rayonnement solaire
Le Gisement Solaire
1
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Géothermie Biomasse
Consommation énergétique globale
Hydraulique et marémotrice Energie éolienne
Energie solaire
Potentiel de l’énergie solaire « disponible » sur terre
2
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Le solaire thermique
Le solaire photovoltaïque
Le solaire thermodynamique
Les 3 principales applications de l’énergie solaire
3
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Source: RWE Energie AG and RSS GmbH
� La puissance instantanée du rayonnement
solaire s’exprime en W/m²
� L’énergie du rayonnement solaire correspond
à la quantité d’énergie reçue sur une surface
donnée pendant une durée définie, exprimée
en kWh/m²/(an, jour, mois)
� Une puissance typique de 1000W/m²
Puissance et énergie du rayonnement solaire
4
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Toutefois d’une année sur l’autre l’énergie solaire totale reçue reste sensiblement constante
Le rayonnement solaire dépend fortement de nombreux paramètres:
� La latitude du site (éloignement par rapport à l’équateur)
� La saison (inclinaison relative de la terre par rapport au
soleil qui change au cours de l’année)
� L’heure de la journée (angle variable du soleil dans le
ciel)
� Les conditions météos et atmosphériques (nébulosité,
pollution, nuages…)
� Etc…
Disponibilité de l’énergie solaire en un lieu donné
5
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Décomposition spectrale
6
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Solstice ETE
7
Le soleil est perpendiculaire au tropique du cancer (23°27). La hauteur du soleil est de 23°27 supérieur à celle de l’équinoxe.
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8
Equinoxe Printemps Automne
Le soleil est perpendiculaire à l’équateur. Les nuits et jours sont de durée égale.
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Solstice HIVER
9
C’est le tropique du capricorne qui bénéficie d’un rayonnement perpendiculaire.L’angle à midi solaire s’élèvera au maximum à A = 90°- Latitude -23°27.A est pris pour le recul du champ PV à partir d’un obstacle plein Sud,
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2-7Le soleil: source inépuisable
inconnu
Énergie solaire au sol dans le monde, en kWh/m²/an
10
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11
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12
En Tunisie,
l’ensoleillement varie
entre 1,5 kWh/m²/j et 7
kWh/m²/jour selon les
régions et les saisons.
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13
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14
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Si on connaît l’irradiation, on connaît la production!
750
900
1 050
1 125
1 275
1 425
1 000
1 200
1 400
1 500
1 700
1 900
[kWh/kWc]* [kWh/m²]
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
Pour une orientation et une inclinaison optimales Production � Irradiation
kWh/kWc kWh/m²
15
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2-3Le soleil: source inépuisable
Rayonnementdirect
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)
Les composantes du rayonnement solaire
16
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Ciel couvert Nuages épars, soleil
Rayonnement diffus principalement Rayonnement direct principalement
Puissance solaire ou ensoleillement W/m 2
La présence de nuage engendre la présence de rayonnement diffus important, dont la puissance est souvent inférieure à
celle du rayonnement direct
L’influence des conditions météorologiques
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� La position relative du soleil modifie l'épaisseur d'atmosphère traversée
� Le nombre d’Air Masse (AM) caractérise la distance parcourue par le rayonnement solaire dans l’atmosphère
� Test normalisé des cellules photovoltaïques pour un spectre solaire AM 1.5 (Standard Test Conditions)
Parcours du rayonnement
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2-4Le soleil: source inépuisable
O
S
N
E
4 h 00
8 h 33 6 h 20
21 décembre
21 septembre
21 juinZénith
21 mars
Trajectoire du soleil dans le ciel (hémisphère nord)
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Azimut et Hauteur pour se repérer dans le ciel
20
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Mouvement apparent du soleil
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Représentation utilisée: le diagramme de trajectoire solaire en un lieu donné
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Élé
vatio
n en
deg
rés
Trajectoire du soleil au Lamentin
Représentation utilisée: le diagramme de trajectoire solaire en un lieu donné
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Estimer la perte annuelle d’une exposition non optimale
Pertes inhérentes à l’installation: Exposition non optimale
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Irradiation fonction de l’inclinaison & orientation
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Irradiation fonction de l’inclinaison & orientation
27
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� Ci-dessous les facteurs de corrections du gisement solaire (par rapport à une inclinaison de 18° et orientation Sud) selon une inclinaison et une orientation donnée (Latitude du Lamentin Martinique)
Irradiation fonction de l’inclinaison & orientation
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Inclinaison optimale
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A Tunis, l’inclinaison optimale est autour de 31° (PVSYST)
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Puissance solaire sur une journée, en W/m²
0
200
400
600
800
1000
1200
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Heures de la journée
Pui
ssan
ce W
/m²
Exemple d’une journée « théorique »de 12h, proche de l’équateur, sans nuage
Puissance solaire reçue au sol à différentes heures de la journée
L’énergie solaire reçue pendant cette journée sera égale à la surface
sous la courbe.
A comparer en Autoconsommation avec la courbe de
charge
Le maximum de puissance est obtenu au
midi solaire
On dépasse peu souvent 1000W/m² sur terre
30
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�Un jour d’hiver ordinaire par ciel assez couvert
75 % de diffus
Un beau jour d’été �30% de diffus
Pmax = 330 W/m²
Pmax = 760W/m²
Environ 10h de soleil
E = 1,5 kWh/m²/jour
E = 6,5 kWh/m²/jour
Conditions météorologiques, saisons, et heures de la journée: exemple à Lyon, dans le plan horizontal
31
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Production à Lyon (fonction de l’inclinaison)
32Source : Hespul
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L’angle alpha est le complément à 90° de 34+23,5° soit 32,5°. A Tunis (latitude 36°), à midi solaire, le soleil est au plus bas de l’année le 21/12 à 12h20 et le soleil est en élévation de 32°.
On a tan phi = (h-h1)/ d
Or tan (32°) = 0.64 et donc d = (h-h1) / 0.64 et il vient d = 1.6 (h-h1) que l’on peut arrondir à :
d = 2 (h-h1).
Ombrages
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Les mesures � Pyranomètres, solarimètres, stations météorologiques
� Mesures satellites
� Les mesures dépendent des outils et de leur calibrage
Les bases de données existantes� Il existe de nombreuses bases de données d’ensoleillement
(Meteonorm, Meteostat, PVGIS, Nasa…) n’affichant pas toutes les mêmes résultats.
� Plusieurs outils de calcul des effets de l’orientation et de l’inclinaison sont disponibles sur le web, auprès des fournisseurs, ou dans des logiciels spécifiques.
� Attention: toujours considérer une marge d’incertitude
BD Meteo
Les bases de données d’ensoleillement
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