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

Les appareils sensibles à la totalité (ou à la quasi-totalité) du spectre énergétique sont basés sur des dispositifs de mesure de température. On parle de pyranomètre lorsque la mesure de température s'effectue à l'aide de thermocouples, et de bolomètre lorsque la mesure de température s'effectue à l'aide d'une résistance à coefficient de température.

On peut aussi utiliser l'effet pyroélectrique : certains matériaux ferroélectriques à polarisation électrique résiduelle (électrets) présentent une variation de charge électrique à leur surface lors d'une variation de température. La détection d'intrus par IR utilise ce type de capteur. Ces capteurs peuvent être utilisés pour mesurer un rayonnement après que l'on ait haché celui-ci à l'aide d'un disque mobile percé de trous.

Le pyrradiomètre est un appareil sensible à la totalité du rayonnement, y compris le rayonnement infrarouge (IR) émis par l'atmosphère et le sol. Ce rayonnement IR est quantitativement important, mais sans intérêt du point de vue de la conversion photovoltaïque. Le pyrradiomètre n'est donc pas un appareil intéressant dans ce cadre : il mesure un rayonnement substantiel même pendant la nuit !

Les appareils cités ci-dessous sont plus facilement utilisables car ils ne sont pas sensibles au rayonnement IR de grande longueur d'onde, et ne tiennent donc pas compte du rayonnement émis par l'atmosphère et le sol.

Le pyranomètre d’Eppley mesure le rayonnement global (direct + diffus) de tout un hémisphère dans la bande de longueur d’onde 0.3 à 3µm. Il comporte une surface réceptrice formée de deux anneaux concentriques en argent ; l’anneau intérieur est recouvert de noir, l’anneau extérieur recouvert de blanc. La différence de température est mesurée entre les deux anneaux par des thermocouples en contact thermique avec les surfaces intérieures des anneaux, mais isolés électriquement.

Figure S08-11 : pyranomètre d’Eppley.
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Pour éliminer le rayonnement direct, certains pyranomètres sont munis d’un cache à orienter suivant la saison pour suivre la déclinaison. Ainsi équipé, le pyranomètre mesure le rayonnement diffus. Si on mesure simultanément les rayonnements global et diffus, on peut obtenir le rayonnement direct par différence.

Le pyrhéliomètre mesure les irradiations directes (+ circumsolaire !). Il comporte une ouverture réduite et une surface réceptrice qui doit être maintenue normale aux rayons du soleil par un système automatique (figure S08-12). La surface sensible est un disque d’argent noirci placé à la base d’un tube muni d’un obturateur et d’un diagramme limitant l’angle d’ouverture à 7.5° (le diamètre apparent du soleil est de 0.5°). On mesure la température du disque d’argent à intervalles réguliers en ouvrant et en occultant alternativement l’entrée de l’appareil.

Figure S08-12 : Pyrhéliomètre

Pour pouvoir mesurer le rayonnement direct de façon continue, le pyrhéliomètre doit être muni d'un dispositif chargé de l'orienter en permanence vers le Soleil. On voit maintenant se répendre des systèmes qui profitent de ce dispositif pour mesurer simultanément le rayonnement diffus en maintenant une sphère opaque entre un pyranomètre classique et le Soleil. La figure ci-dessous montre un appareil de ce type.

Figure S08-12B : "Sun-Tracker" (Ghardaïa, Algérie)
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Les appareils capables de mesurer séparément chaque composante du spectre lumineux sont nommés spectre-radiomètre.

En principe, ces appareils peuvent aussi fournir la mesure de l'éclairement total en sommant l'intensité de chaque composante. Il est cependant difficile d'obtenir ainsi une précision aussi bonne qu'avec les appareils qui mesurent directement ce total. Une possibilité est de mesurer l'éclairement énergétique total avec un autre appareil, et d'utiliser le spectre-radiomètre pour déterminer la répartition de cet éclairement entre les différentes composantes du spectre.

Dernière mise à jour le 28-05-2009