Dans la conception d’un système PV, il est essentiel de connaître la quantité de lumière solaire disponible à un endroit particulier à un moment donné. Le rayonnement solaire peut être caractérisé par l’irradiance solaire mesurée (puissance par zone à un moment donné) (ou radiation) et par l’insolation solaire (l’énergie par zone délivrée sur une période donnée). La radiance solaire est une densité de puissance instantanée en unités de kW/m2. Elle varie tout au long de la journée, de 0 kW/m2 la nuit à un maximum d’environ 1 kW/m2. L’irradiance solaire dépend fortement de l’emplacement et des conditions météorologiques locales et varie tout au long de la journée. Les mesures du rayonnement solaire consistent en des mesures du rayonnement global ou direct effectuées périodiquement au cours de la journée. Les mesures sont effectuées à l’aide d’un pyranomètre (mesure du rayonnement global) et d’un pyrhéliomètre (mesure du rayonnement direct). Dans les sites bien établis, ces données sont collectées depuis plus de quarante ans.
Les deux capteurs les plus couramment utilisés comme pyranomètres sont les thermopiles (qui mesurent directement la chaleur atteignant la surface) et les cellules de référence (qui mesurent le nombre de photons atteignant une surface qui réussissent à délivrer un électron à un circuit extérieur). Une thermopile est un réseau de thermocouples qui mesurent collectivement la différence de température entre le côté irradié et le côté qui est dans l’obscurité. Les thermopiles sont privilégiées pour caractériser la ressource solaire pour les capteurs solaires thermiques ou pour comparer les performances des systèmes solaires thermiques et solaires photovoltaïques. Les cellules de référence sont généralement des cellules solaires en silicium conditionnées de manière à mesurer le photo-courant. Une cellule de référence peut être plus utile lorsqu’elle est construite pour imiter la réponse des panneaux solaires mesurés et peut être fabriquée dans n’importe quel matériau semi-conducteur avec un emballage (c’est-à-dire du verre texturé) qui correspond à celui des panneaux solaires. Les capteurs peuvent varier dans leur réponse aux différentes longueurs d’onde de la lumière (en particulier si une cellule solaire avec une bande interdite différente est utilisée) et dans leur réponse angulaire (le dôme de la thermopile illustrée à droite est conçu pour accepter la lumière de manière égale sous tous les angles, alors qu’une cellule de référence a généralement une réflexion plus élevée pour la lumière frappant sous un angle rasant). Certains pyranomètres à base de silicium utilisent un dôme diffusant sur le dessus pour modifier l’acceptation angulaire afin d’être plus isotrope, ce qui peut être utile pour certaines applications, mais l’utilisation d’une cellule de référence qui imite la réponse angulaire des panneaux solaires étudiés donne une mesure plus précise de la ressource solaire disponible pour ces panneaux solaires.
Une autre méthode de mesure du rayonnement solaire, moins précise mais aussi moins coûteuse, consiste à utiliser un enregistreur d’ensoleillement. Ces enregistreurs d’ensoleillement (également appelés enregistreurs Campbell-Stokes) mesurent le nombre d’heures de la journée pendant lesquelles l’ensoleillement est supérieur à un certain niveau (généralement 200 mW/cm2). Les données ainsi recueillies peuvent être utilisées pour déterminer l’insolation solaire en comparant le nombre d’heures d’ensoleillement mesurées à celles basées sur des calculs et incluant plusieurs facteurs de correction.
Une dernière méthode pour estimer l’insolation solaire est dérivée de la couverture nuageuse et d’autres données prises par des satellites. La plupart des données sur les ressources solaires disponibles en ligne ont été compilées à partir de données satellitaires.
L’insolation solaire est la quantité totale d’énergie solaire reçue à un endroit particulier pendant une période donnée, souvent en unités de kWh/(m2 jour). Bien que les unités de l’insolation solaire et de l’irradiation solaire soient toutes deux une densité de puissance, l’insolation solaire est très différente de l’irradiation solaire car l’insolation solaire est l’irradiation solaire à un moment donné, moyennée sur une période donnée. Les données d’insolation solaire sont généralement utilisées pour la conception de systèmes photovoltaïques simples, tandis que l’irradiation solaire est utilisée dans des systèmes photovoltaïques plus complexes qui calculent les performances du système à chaque moment de la journée. L’insolation solaire peut également être exprimée en unités de MJ/m2 par an et d’autres unités et conversions sont données dans la page des unités.
Le rayonnement solaire pour un endroit particulier peut être donné de plusieurs façons :
- Les données de l’année moyenne typique pour un emplacement particulier
- L’insolation quotidienne, mensuelle ou annuelle moyenne pour un lieu donné
- Contours de l’isoflux global pour une année complète, un trimestre ou un mois particulier.
- Données sur les heures d’ensoleillement
- Insolation solaire basée sur des données satellitaires de couverture nuageuse
- Calculs du rayonnement solaire