Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 8 : Modélisation directionnelle de l'éclairement

La vitesse de la lumière dans l'atmosphère dépend légèrement de la densité de l'air. Elle n'est pas la même à toutes les altitudes : partant de la vitesse de la lumière dans le vide, elle diminue progressivement au fur et à mesure que la lumière atteint des couches plus basses de l'atmosphère puisque la densité de l'air y est plus grande.

Il en résulte un effet de réfraction qui courbe légèrement les rayons lumineux. Il existe donc une différence entre la hauteur réelle et la hauteur apparente du Soleil, comme indiqué à la figure ci-dessous.

Figure S08-10

En principe, dans le calcul de l'angle d'incidence des rayons directs et circumsolaires, il faudrait utiliser la hauteur h' apparente du soleil plutôt que sa hauteur réelle h. La correction est cependant minuscule : sa valeur maximum, de l’ordre de 34’ d’arc, est atteinte lorsque le soleil est à l’horizon.

Cet effet est trop faible pour avoir une influence sensible sur l'énergie reçue par un dispositif photovoltaïque, d'autant plus qu'il n'atteint sa valeur maximum qu'au moment où l'éclairement est déjà trop faible pour être utilisé.

Bien que le calcul exact des heures de lever et de coucher du soleil n'ait qu'une influence négligeable sur le bilan énergétique, on peut être tenté de faire ce calcul à titre de test d'une routine informatique reprenant les éléments de ce chapitre.

Même si la réfraction atmosphérique n'a qu'une influence insignifiante sur les calculs énergétiques, elle peut dans ce cas créer le trouble chez les usagers d'un programme parce qu'il en résulte un décalage de quelques minutes entre l’instant de coucher effectif du soleil et son coucher géométrique.

Pour un calcul précis, il faut savoir ce que l'on entend exactement par lever ou coucher du soleil : est-ce le moment où le bord inférieur, le centre ou le bord supérieure du disque solaire touche l'horizon ? Tient-on compte dans le calcul de la diffraction atmosphérique, qui permet de voir un soleil alors qu'il est légèrement sous l'horizon. Ces instants sont légèrement différents car le diamètre apparent du disque solaire est de 32' (en moyenne, cela dépend légèrement de la distance terre-soleil, laquelle varie au cours de l'année).

Pour un calcul des instants de lever et de coucher du soleil fournissant des valeurs identiques à celles publiées par les observatoires, il suffit de calculer l'instant pour lequel la hauteur du soleil est négative (soleil en dessous de l'horizon) et vaut

(S08- ) h = 34' + 32'/2 = 50'

C'est ce que fait le programme déjà cité à la page précédente.

Exercice : faire le calcul pour la date du jour et comparer aux données publiées, par exemple sur le site de l'Intitut Royal Météorologique.

Dernière mise à jour le 15-04-2004