Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 9 : Modélisation du ciel
Utilisation de statistiques
Malheureusement, les données météorologiques disponibles sont souvent des valeurs moyennes prises sur un jour, un mois... Il peut aussi s'agir de valeurs journalières ou mensuelles moyennées sur plusieurs années. Le passage de ces valeurs moyennes aux valeurs instantanées requises pour la plupart des simulations ne peut se faire que sur base statistique. Il faut donc une connaissance préalable des propriétés statistiques de la grandeur considérée, ce qui suppose, paradoxalement, que l'on dispose de valeurs instantanées expérimentales de cette grandeur. En pratique, on prend les propriétés statistiques déterminées dans une autre région au climat similaire pour laquelle on dispose de données plus complètes.
Il faut bien être conscient de ce que le but des procédés statistiques n'est pas de reconstituer l'évolution météorologique réelle, mais d'obtenir des profils "réalistes" utilisables pour estimer par calcul les performances d'une installation en cours de conception et comparer différentes possibilités.
Conserver l'aspect statistique jusque dans le calcul de l'énergie fournie par les panneaux serait non seulement très lourd numériquement, mais rendrait moins fiable la comparaison entre différentes possibilités. Il est donc préférable de générer un profil "vraisemblable" (éventuellement quelques profils vraisemblables) pour les composantes de l'éclairement, profil qui sera alors figé une fois pour toutes et utilisé pour tous les calculs d'optimisation.
Le procédé peut s'appliquer à beaucoup des grandeurs définies aux pages précédentes. Nous nous limitons ici à celles qui concernent l'obtention de la fraction d'irradiation directe i".
Définition de IRQ
Souvent, les données météorologiques ne reprennent que la fraction d’irradiation directe quotidienne, en abrégé IRQ, notée i. Cette grandeur est définie comme le rapport, pour le rayonnement direct incident sur un plan perpendiculaire aux rayons, entre les intégrales sur la durée du jour du flux sn reçu un jour donné et du flux s*n qui serait reçue ce jour par ciel clair.
(S09-56) i = òj sn dt / ò j s*n dt
Utilisation de la donnée de IRQ
On ne peut pas utiliser IRQ de la même façon que IRH parce qu'il est clair que la masse atmosphérique m varie de façon importante pendant la durée de la journée. En outre, il est irréaliste de supposer que le facteur de trouble additionnel DT reste constant pendant toute une journée, de sorte que l'on ne peut passer de IRQ à des valeurs de IRH que de façon statistique.
Le passage de i à i’ ne peut à nouveau être que statistique. On trouve dans le livre "Atlas Solaire de l'Algérie" le tableau statistique suivant
|
J |
Classes de i' (IRH) |
i'o(J) |
Poids statistique de chaque classe |
|
1 |
i' = 0 |
0.00 |
Q(1) = c . (1 - i )2 / (1 + 10 i ) |
|
2 |
0.0 < i' £ 0.2 |
0.10 |
Q(2) = c . 3 i 0.65 . (1 - i )4 |
|
3 |
0.2 < i' £ 0.5 |
0.35 |
Q(3) = c . 21 . i2.1 . (1 - i )4.2 |
|
4 |
0.5 < i' £ 0.8 |
0.65 |
Q(4) = c . 26 . i3.7 . (1 - i )2.15 |
|
5 |
0.8 < i' < 1.0 |
0.90 |
Q(5) = c . 1.1 . i3.4 . (1 - i )0.1 |
|
6 |
i'= 1.0 |
1.00 |
Q(6) = c . i . / (36 - 35 i ) |
Figure S09-18 : Formules définissant la fonction de répartition Q(J) permettant le passage de la fraction d’irradiation directe quotidienne à la fraction d’irradiation directe horaire. Le coefficient c est un coefficient de normalisation (proche de 1) tel que la somme des 6 valeurs de Q(J) soit égale à 1 .
Définition de la fraction d'insolation journalière
Il s'agit d'une donnée météorologique moins riche en renseignements que les précédentes. Si l'on en dispose, surtout si l'on ne dispose pas d'autres données, il est cependant intéressant de pouvoir l'exploiter.
Pour déterminer expérimentalement la fraction d'insolation, on mesure, pour une journée, le temps durant lequel a brillé le Soleil. Cette durée, S, est la " durée d’insolation quotidienne ".
On appelle S0 la durée astronomique du jour (intervalle entre le lever et le coucher du Soleil).
La " fraction d’insolation quotidienne ", en abrégé SRQ , notée s , est par définition :
(S09-57) s = S / S0
L'intérêt de cette notion est surtout que sa détermination est facile. Il existe un appareil rudimentaire, l’héliographe, pour mesurer S. Par ailleurs, la durée du jour So est calculable avec une bonne précision de façon quasi indépendante du choix d'un modèle.
Utilisation de la donnée de la fraction d'insolation journalière
Il existe un lien étroit entre SRQ (s) et IRQ (i).
Le livre "Atlas Solaire de l'Algérie" donne une relation empirique entre ces deux grandeurs, valable pour la France.
(S09-58) 
Définition de la fraction d'insolation mensuelle
La " fraction d’insolation mensuelle ", en abrégé SRM ,
notée 
, est la moyenne de SRQ pour un mois
donné.
La fraction d’insolation annuelle n’a guère de sens, les variations de la durée du jour pouvant être trop importantes. Par contre, la durée d’insolation annuelle (somme de S sur l’année) peut présenter un intérêt.
On appelle " jour clair ", en abrégé (j.c.), un jour pour lequel s = 1 .
On appelle " jour d’ensoleillement moyen ", en abrégé
(j.e.m.), un jour fictif, représentatif du mois considéré, pour lequel
s = .
Utilisation de la donnée de .
La marche suivie dans l'article de référence concerne à déduire
de des valeurs de s, puis à les traiter
comme ci-dessus. Ce passage ne peut à nouveau être effectué que de
façon statistique : on trouve dans le livre de référence le tableau
empirique suivant, établi par Perrin de Brichambaut à partir de mesures
effectuées essentiellement en France.
|
I |
Classes de s (SRQ) |
s o (I) |
Poids statistique de chaque classe |
|
1 |
s = 0 |
0.00 |
|
|
2 |
0.0 < s £ 0.2 |
0.10 |
|
|
3 |
0.2 < s £ 0.5 |
0.35 |
|
|
4 |
0.5 < s £ 0.8 |
0.65 |
|
|
5 |
0.8 < s £ 0.95 |
0.88 |
M(5) = 1 - M(1) - M(2) - M(3) - M(4) - M(6)] |
|
6 |
0.95 < s |
0.98 |
|
Figure S09-19 : Formules définissant la fonction de répartition M(I) permettant le passage de la fraction d’insolation mensuelle à la fraction d’insolation quotidienne. Le paramètre a figurant dans M(1) est pris égal à 7.5 pour la France. Une valeur a = 15 est conseillée pour l'Algérie.
Définition de la nébulosité
A un instant donné, c’est la fraction de la voûte céleste qui est occultée par les nuages. Son estimation à partir de l’observation ne nécessite aucun appareil. On peut aussi l'obtenir par traitement d'image (prises par satellites). La valeur instantanée de la nébulosité n'est pas directement reliée à la fraction d'insolation instantanée car elle ne tient pas compte du fait que le soleil est ou n'est pas masqué par un nuage à l'instant de l'observation.
Il existe par contre une corrélation entre la fraction d'insolation horaire et la nébulosité, la première étant une moyenne dans le temps et la seconde une moyenne dans l'espace.
De même, il existe une forte corrélation entre la moyenne journalière de la nébulosité, obtenue en faisant la moyenne de plusieurs évaluations de la nébulosité réparties sur une journée, et la fraction d'insolation quotidienne.
Remarque importante
Les tableaux fournis ci-dessus permettent d'obtenir des informations sur ce qui se passe à une échelle de temps plus petite que celle à laquelle se référent les données disponibles. Cependant, ces tableaux ne tiennent pas compte de la succession des situations dans le temps, mais seulement de la probabilité de trouver chaque situation. L'information ainsi obtenue est suffisante lorsque la succession dans le temps importe peu, mais pas lorsque l'évolution dans le temps est cruciale (par exemple parce qu'il faut estimer l'état de charge d'une batterie).
|
|
|
|
|
|
Page précédente |
Suite de la guidance |
Retour au menu de la semaine 9 |
Retour à la page d'accueil |
Besoin d'une précision ? |
Dernière mise à jour le 23-04-2004
