Énergie Solaire
La mesure du rayonnement solaire permet d'évaluer la ressource solaire disponible sur un site, de dimensionner les installations photovoltaïques et d'analyser la performance énergétique des systèmes déjà installés. Pour cela, différents instruments sont utilisés pour mesurer les différentes composantes du rayonnement qui atteint la surface de la Terre.
De plus, dans certains cas, la lumière du soleil est également mesurée, c'est-à-dire la durée effective du rayonnement solaire. Traditionnellement, cette valeur est obtenue au moyen d'enregistreurs d'heures de lumière solaire, qui enregistrent la présence d'un soleil effectif lorsque l'irradiance dépasse environ 120 W/m².
Types de rayonnement solaire mesurés
Le rayonnement solaire est décomposé en différents composants selon son origine et son comportement dans l'atmosphère. Chacune nécessite des méthodes de mesure spécifiques.
Rayonnement direct (DNI)
Le rayonnement direct correspond à l'Irradiance Normale Directe (DNI), c'est-à-dire un rayonnement arrivant directement du Soleil sans avoir été diffusé par l'atmosphère. Elle est mesurée sur une surface perpendiculaire aux rayons du soleil.
Ce type de rayonnement est particulièrement pertinent pour les technologies solaires de concentration (CSP) et dans les études avancées de la ressource solaire.
Rayonnement global (GHI) et diffus
Le rayonnement diffus, en revanche, est la partie du rayonnement solaire qui a été diffusée par l'atmosphère avant d'atteindre le sol, surtout dans des conditions nuageuses ou en aérosol.
Rayonnement infrarouge (ondes longues)
Le rayonnement infrarouge ou à ondes longues ne provient pas directement du Soleil pour la plupart, mais de l'atmosphère et de la surface terrestre, qui émettent de l'énergie thermique après avoir absorbé le rayonnement solaire.
Cette composante fait partie du bilan énergétique du système Terre-atmosphère et est essentielle dans les études climatiques.
Instruments pour mesurer le rayonnement solaire
La mesure du rayonnement solaire est réalisée à l'aide d'instruments spécifiques permettant de quantifier précisément chaque composant. Le choix de l'équipement dépend du type de radiation et du niveau de précision requis.
Pyrhéliomètre : mesure du rayonnement direct (DNI)
Pour obtenir des mesures précises, il doit être installé dans un système de suivi solaire qui le maintient aligné avec le Soleil tout au long de la journée, car toute déviation angulaire peut affecter la lecture.
Il est principalement utilisé dans les stations de référence, la recherche climatique et les centrales solaires de concentration (CSP), où le rayonnement direct est le paramètre clé.
Pyranomètre : mesure du rayonnement global et diffus
Le pyranomètre est l'instrument le plus utilisé dans l'énergie photovoltaïque. Il mesure le rayonnement horizontal global (GHI), c'est-à-dire la somme du rayonnement direct et diffus sur une surface horizontale.
Il fonctionne au moyen de capteurs thermiques ou de photodiodes protégés par un dôme en verre, garantissant une réponse uniforme quel que soit l'angle d'incidence des rayonnements.
Grâce à des systèmes d'ombrage, il ne peut également mesurer que le rayonnement diffus, permettant de décomposer l'équilibre du rayonnement solaire.
Cet instrument est essentiel pour estimer la production d'énergie des installations photovoltaïques et valider leurs performances réelles.
Pyrgéomètre : Mesure du rayonnement infrarouge
Le pyrgéomètre mesure le rayonnement infrarouge à ondes longues émis par l'atmosphère et la surface de la Terre.
Il ne mesure pas le rayonnement solaire direct, mais l'échange thermique entre la Terre et son environnement, ce qui explique son utilisation dans les études sur le bilan énergétique et la climatologie.
Ces capteurs filtrent le rayonnement à ondes courtes pour se concentrer exclusivement sur le rayonnement infrarouge, généralement au-dessus de 4 μm.
Capteurs de rayonnement ultraviolet (UV)
Les capteurs de rayonnement ultraviolet mesurent l'intensité du rayonnement UV du Soleil, en particulier dans les bandes UV-A et UV-B.
Bien qu'ils n'influencent pas directement la production photovoltaïque, leur mesure est importante pour analyser la dégradation des matériaux, le vieillissement des modules solaires et l'exposition au soleil dans l'ambiance.
Ces capteurs utilisent des photodiodes et des filtres optiques qui isolent le rayonnement ultraviolet du reste du spectre solaire.
Radiomètres solaires
Les radiomètres solaires sont des instruments portables conçus pour mesurer rapidement l'irradiance en temps réel.
Ils sont principalement utilisés pour les inspections techniques, la vérification des installations photovoltaïques et les études préliminaires de la ressource solaire à un certain endroit.
Bien qu'ils n'atteignent pas la précision des instruments de référence, ils fournissent des résultats fiables pour des applications opérationnelles. Certains modèles incluent la connectivité numérique, la journalisation des données et la compensation automatique de température.
Stations de comptage solaire
Dans les applications professionnelles, ces instruments sont souvent intégrés dans des stations météorologiques solaires, qui combinent pyranomètres, pyrhéliomètres et capteurs environnementaux.
Ces stations permettent d'obtenir une vue complète de la ressource solaire et d'optimiser la conception et l'exploitation des installations photovoltaïques.