Energie la plus abondante sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau, du vent et de la photosynthèse, elle-même à l'origine des énergies fossiles. C'est l'ensemble de la vie sur Terre qui dépend de cette source énergétique. La maîtrise de l'énergie solaire nécessite donc de connaître la position correcte du soleil (hauteur et azimut/orientation) ainsi que l'intensité à tout moment.

Le soleil envoie en permanence 1000W/m2

Après avoir parcouru environ 150 millions de kilomètres à une vitesse de 300 000 km par seconde, l'irradiation solaire arrive à l'extérieur de l'atmosphère de la Terre avec une puissance d'environ 1367 W/m2. C'est ce qu'on appelle la constante solaire.

Pour une surface placée perpendiculairement aux rayons du Soleil et située au niveau de la mer, la puissance solaire maximale à la surface de la Terre est d'environ 1000W/m2 .

Le rayonnement solaire reçu sur une surface tel qu'un panneau solaire photovoltaïque varie au cours du temps en fonction de la position du Soleil et de la couverture nuageuse.



Une énergie inépuisable, à récupérer sans effort

Sous notre climat, le Soleil nous apporte annuellement entre 1100 kWh/m2 (Nord Pas de Calais) et 1600 kWh/m2 (Cote d'Azur) au sol, l'équivalent de 110 à 160 litres de pétrole par m2 !



Variations saisonnières

La quantité d'énergie reçue en un lieu est inégalement répartie au fil des saisons.

Elle varie suivant le jour et l'heure considérés, et est influencée par les conditions météorologiques et le niveau de pollution de l'air. En France, on considère en général que l'on reçoit 25 à 30% de l'ensoleillement annuel du 15 octobre au 15 avril et 70 à 75% du 15 avril au 15 octobre.

Voici la répartition mensuelle de l'irradiation annuelle globale en France (moyenne 2004-2012 - surface horizontale)



Et voici la comparaison de l'irradiation solaire en Provence Alpes Côte d'Azur et Nord-Pas-De-Calais par rapport aux moyennes nationales (Période 2004-2012, en kWh/m2)



Le soleil ne se lève pas à l'est et ne se couche pas à l'ouest

Pour bien comprendre et utiliser l'influence du Soleil dans le choix et le traitement du site où vous allez placer votre ou vos stations Sunology PLAY, il faut bien sûr connaître à tout instant la position du soleil dans le ciel.

A un instant donné, la hauteur et l'azimut (= l'angle par rapport au sud) du Soleil déterminent la position du Soleil dans le ciel. Ainsi, on connaît la direction du rayonnement solaire et on peut calculer l'incidence sur le rendement d'un système d'énergie solaire.



En observant plus précisément le parcours du Soleil dans le ciel a différents moment de l'année, c'est à dire la valeur de son azimut, on constate que l'expression "le Soleil se lève à l'est et se couche à l'ouest" n'est pas exacte. En effet, en décembre, il se lève au sud-est pour se coucher au sud-ouest. Tandis qu'en juin, il se lève pratiquement au nord-est pour se coucher au nord-ouest. Cela donne 7 heures d'ensoleillement maximum en décembre et plus de 16 heures en juin. Ce n'est qu'aux équinoxes de printemps et d'automne que la durée du jour est égale à celle de la nuit.

Quant à la hauteur du Soleil, elle atteint un maximum de 62° le 21 juin à 12h (heure universelle), alors que le 21 décembre à 12 heure, elle n'atteint que 16°.

Les graphiques ci-dessous donnent la hauteur et l'azimut du Soleil dans le Nord-Pas-De-Calais, en fonction du temps universel, pour les mois de mars, juin, septembre et décembre.



Régler l'inclinaison d'un panneau solaire pour maximiser le rendement

L'angle que font les rayons du Soleil avec une surface détermine la densité énergétique que reçoit une surface telle qu'un panneau solaire photovoltaïque.

Puisque le rayonnement solaire arrive sur Terre sous forme d'un faisceau parallèle, un panneau solaire placé à la perpendiculaire à ces rayons intercepte la densité maximale d'énergie. Et si on incline le panneau solaire le panneau solaire à partir de cette perpendiculaire, il devient moins éclairé.

Le meilleur moyen de représenter ce phénomène consiste peut-être à figurer les rayons parallèles du Soleil par une poignée de crayons tenus dans la main au-dessus d’une feuille de papier, pointes en bas. Les marques faites par les pointes représentent des grains d’énergie. Lorsque les crayons sont perpendiculaires à la feuille, les pointes sont serrées au maximum : la densité d’énergie par unité de surface est la plus grande. Lorsqu’on incline ensemble tous ces crayons parallèles, les pointes s’écartent et couvrent des surfaces de plus en plus allongées : la densité d’énergie diminue avec l’étalement des traces.



Le tableau ci-dessous donne les pourcentages de lumière interceptée par un panneau solaire pour différents angles d’incidence. Cela revient à obtenir le taux de dégradation de la production photovoltaïque par rapport à un panneau dont l'angle est parfaitement perpendiculaire avec le Soleil.



On voit que si une perpendiculaire parfaite entre le panneau solaire et les rayons du Soleil donne un rendement idéal, un écartement de 25 % de cette position intercepte encore plus de 90 % du rayonnement direct maximum.

Par exemple, si vous installez des panneaux solaires sur votre toiture qui a une pente de 30°, en septembre et en mars, vous maximiser l'énergie reçu par le soleil. En décembre et en juin, vous ne perdez que respectivement 6 et 10% de la densité énergétique maximum.

Avec Sunology PLAY, vous avez la possibilité de régler l'angle d'inclinaison du panneau tout au long de l'année, ce qui vous permet de vous rapprocher en toute saison d'un rendement optimal.

3 types d'irradiation jouent sur le rendement photovoltaïque

En réalité, le rayonnement total reçu sur une surface, appelé irradiation solaire incidente (ou encore éclairement énergétique global), est défini par la somme de trois composantes :
L’irradiation directe, provenant directement du Soleil. Cette composante s’annule si le Soleil est caché par des nuages ou par un obstacle.

L’irradiation diffuse, correspondant au rayonnement reçu de la voûte céleste, hors rayonnement direct. Cette énergie diffusée par l’atmosphère et dirigée vers la surface de la Terre, peut atteindre 50 % du rayonnement global reçu, lorsque le Soleil est bas sur l’horizon, et 100 % pour un ciel entièrement couvert.

L’irradiation réfléchie, correspondant au rayonnement réfléchi par l’environnement extérieur, en particulier le sol, dont le coefficient de réflexion est appelé “albedo”.



La quantité d'énergie reçue par une surface telle qu'un panneau solaire sera dépendante de cette puissance, mais aussi de la durée de l'ensoleillement.

L'énergie solaire: un potentiel inégalable

L'énergie reçue par la Terre de la part du Soleil est énorme !


Irradiation solaire annuelle et ressources connues d’énergie par rapport à la consommation énergétique mondiale annuelle.

Même si toute l’énergie solaire reçue sur Terre n’est pas exploitable, on estime que la partie qui pourrait l’être représente trois fois plus que l’énergie consommée mondialement.

Cette énergie qui semble inépuisable à l’échelle humaine est totalement respectueuse de l’environnement : son utilisation ne produit ni déchets ni émission polluante.

Une véritable opportunité pour l’avenir !
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