Ensoleillement ou calculateur solaire

L'animation en bref

L'animation Ensoleillement permet de calculer la puissance par mètre-carré instantanée que reçoit un panneau solaire en fonction de sa latitude, de son altitude, de la date et de l'heure, de son orientation, de son inclinaison.

Elle affiche également l'énergie solaire arrivant sur le panneau par jour (pour un jour donné de l'année) et par année.

Un schéma « 2D » illustre l'emplacement sur Terre du panneau pour la date et la latitude choisies ainsi que la position du panneau.

Le bouton 3D illustre ces deux points en « 3D »

Les variables

Emplacement

• Latitude du lieu (0° à +90°)
• Altitude en mètres par rapport au niveau de la mer
• La date (mais seulement 178 dates en tout, un jour sur deux)

Positionnement du panneau

• Inclinaison du panneau : entre 0° (panneau horizontal) et 90° (panneau vertical)
• Orientation du panneau : entre 0° et 360° (0° : vers le nord, 90° vers l'est, 180° vers le sud et 270° vers l'ouest)
• Panneau suit le Soleil : un panneaux qui s'oriente automatiquement de manière à être toujours perpendiculaire au rayons du Soleil

Facteurs extérieurs

• Puissance solaire (par défaut 1375 W/m2) : puissance solaire par mètre-carré d'une surface perpendiculaire aux rayons solaire située à 1.00 UA du Soleil (1 UA : distance Terre–Soleil). Cette puissance varie légèrement en fonction de la date puisque la Terre décrit une orbite elliptique autour du Soleil et n'est donc pas toujours à la même distance du Soleil !
• Facteur atmosphère (par défaut 0.7, mais il peut varier en fonction du temps, de la saison et de l'emplacement) : en rapport avec la partie du rayonnement solaire absorbée par l'atmosphère…
• Angle axe Terre (par défaut 23.5°) : l'angle entre l'axe de rotation de la Terre et le plan de l'écliptique dans lequel la Terre tourne autour du Soleil. Evidemment, ce paramètre ne va pas changer de sitôt, mais il peut être intéressant de voir ce que cela modifierait pour nous.

Divers

• Avec rayonnement diffus (coché par défaut) : permet de réaliser combien d'énergie est apportée par le rayonnement du ciel bleu…
• Sans atmosphère (décoché par défaut) : permet de réaliser l'importance de l'absorption du rayonnement solaire par l'atmosphère…

Les informations calculées

Les calculs ci-dessous s'entendent : en l'absence de nuages et d'obstacles cachant le soleil !

• Puiss. rayonnement solaire : puissance nette reçue par le panneau par mètre-carré
• Energie de rayonnement par jour : énergie solaire nette reçue par un mêtre-carré de panneau en un jour (à la date choisie)
• Angle zénithal du Soleil : angle entre une perpendiculaire au sol et le Soleil
• Angle Soleil – perp. panneau : angle entre une perpendiculaire au panneau et le Soleil
• Energie par an : l'énergie totale arrivant sur le panneau en une année

Easteregg

En cliquant sur Puiss. rayonnement panneau avec la touche Maj, une fenêtre surgit dans laquelle on peut afficher des graphiques, voire des séries de graphiques, comme par exemple :

• Puissance de rayonnement en fonction de l'heure (pour un emplacement donné et une date donnée)
• Si on choisit en plus Série : inclinaison (par exemple), on peut voir la fonction ci-dessus pour plusieurs inclinaisons différentes.
• …

Pour faire disparaître le panneau, cliquer à nouveau sur Puiss. rayonnement panneau (sans la touche Maj)…

Bouton URL

Le bouton URL place dans le presse-papier un lien permettant d'appeler l'animation avec les paramètres actuellement en vigueur. Ce lien peut être placé dans un document html, un courriel ou un document Word ou LaTeX…

Calculs et limitations

Les calculs se basent sur https://www.researchgate.net/…

En comparant les résultats fournis par l'animation à la puissance réelle d'une installation (voir ci-dessous), on trouve un résultat se trouvant dans une marge de 4 % (à Chamblandes), ce qui n'est pas trop mal, non ?

Voici deux limitations importantes :

• L'animation ne tient pas compte du mauvais temps !
• L'animation ne tient pas compte d'éventuels obstacles (arbres, bâtiments, montagnes) qui diminueraient l'énergie solaire journalière…

Idées d'utilisation

• Faire calculer la puissance théorique d'une installation solaire pour un jour et une heure donnés. Il s'agira de compter le nombre de panneaux, trouver leurs dimensions, le orientation, leur inclinaison, le rendement, la latitude du lieu et la puissance effectivement produite. Voici de quoi aider à trouver ces informations en ce qui concerne l'installation de Chamblandes (pour le rendement des panneaux, il faut faire des recherches supplémentaires à l'aide du « nom » des panneaux utilisés).
• Trouver l'inclinaison « idéale » (à définir) des panneaux pour un site donné (à l'aide des graphiques, ou de mesures « à la main », avec l'animation et avec un tableur)
• Trouver l'orientation–inclinaison « idéale »…
• Trouver la « meilleure » latitude
• Etc.

L. Schellenberg, le 20.2.2023