Si le but du sujet est vraiment de faire le point sur l'intérêt d'un asservissement sur la position du soleil un peu de recherches personnelles s'imposent.
C'est un sujet qui m'intéresse fortement car mon intime conviction me dit que c'est inutile.
Mais une "intime conviction" ne fait pas une vérité et le juge de paix reste l'expérimentation.
En attendant de trouver le courage de faire la partie mécanique de la réalisation j'ai un peu documenté mon "intime conviction".
Il est des "choses" à savoir.
La puissance solaire "moyenne" est "hors atmosphère" de 1360 W/m2.
La trajectoire de la Terre est une ellipse dont le soleil occupe un foyer.
La puissance solaire n'est donc pas constante au cours de l'année.
Elle est la plus faible en été parce que nous sommes dans l'hémisphère Nord et que pour nous l'été est la saison où la distance Terre Soleil est la plus grande, mais cela nous apporte un avantage par rapport à l'hémisphère sud : notre été est plus long que notre hiver.
Au niveau du sol elle est plus faible. Une valeur communément admise est que le rayonnement total n'est plus que de 1000 W/m2 (moyen).
La différence a été soit absorbée par l'atmosphère soit diffractée par les minuscules goutte d'eau des nuages soit réfléchie.
Au niveau du sol le rayonnement total est égal au rayonnement direct plus le rayonnement diffus.
La notion de rayonnement direct et diffus est très importante.
Selon les différents documents que j'ai consulté le rayonnement diffus peut constituer jusqu'à 30 à 60 % du rayonnement total. Il faut prendre ces chiffres avec précaution car malheureusement soit les auteurs ne citent pas leur sources soit ces sources sont inaccessibles.
Chiffres communément admis pour le rayonnement réfléchi par le sol :
- Neige >= 80%
- Sable ~ 60%
- Herbe ~ 8 %
Cette notion est importante car les deux rayonnements ne se captent pas de la même façon.
Pour le rayonnement direct la question ne se pose pas: c'est face au soleil.
Dans le rayonnement diffus il faut distinguer le plan horizontal du plan vertical.
Dans le plan horizontal les rayons viennent de toutes les directions donc il est quasi insensible.
Le plan vertical est plus sujet aux réflexions venant du sol et du ciel, il reste néanmoins beaucoup moins sensible à la position en élévation que pour les rayons directs.
En fait dans le plan vertical il semble que pour les installations fixes il existe un compromis entre la position optimale pour la captation du rayonnement direct et pour celle du rayonnement diffus (il y a des calculs d'intégrales dans l'air pour trouver une optimisation valable sur 12 mois).
Fréquence de repositionnement.
Les 5 mn évoquées sont le signe d'un manque de réflexion d'une précipitation.
Où est le problème ?
Le problème est que, quand la surface du capteur n'est pas perpendiculaire aux rayons, la surface effective du capteur est réduite d'un facteur cos(phi), phi étant l'angle entre le rayon solaire et la verticale du capteur.
C'est un trivial calcul trigonométrique.
Un site pour obtenir les renseignements dont nous avons besoin : Orbite solaire calculée - azimut et zénith
Prenons un lieu au hasard et une date astucieusement choisie et chiffrons.
- Lieu (hasard) : place des Quinconces à Bordeaux,
- Date (astucieusement choisie) solstice d'été le 22/06/2016.
Pourquoi le solstice d'été : parce que c'est le pire cas, c'est le jour où l'amplitude des variations de l'élévation et de l'azimut sont maximum.
Bien évidement les heures sont celles du soleil, l'heure légale ne voulant strictement rien dire quand on parle du soleil.
Précision : les heures indiquées sont celles de longitude 0° , il faudrait faire une petite correction pour avoir celle de Bordeaux (longitude = - 0,57 °).
| Heure |
Élévation |
Azimut |
Élévation / mn |
Azimut / mn |
| 9 |
47,03 |
104,17 |
-------------- |
-------- |
| 10 |
56,89 |
119,9 |
(56,89 - 47,03)/60
= 0,164 °/mn |
(119,9 - 104,17) / 60
=0,262 ° /mn |
| 11 |
64,9 |
143,19 |
= 0,133 °/mn |
= 0,388 °/mn |
| 12 |
68,57 |
177,25 |
= 0,061 °/mn |
= 0, 567 °/mn |
Le pire cas est l'azimut autour de midi solaire.
Une mise à jour toute les 5 mn limite la perte à cos(2,84) = 0,9988 soit 0,122 %
Est bien utile ?
Surtout que cela ne concerne qu'une partie du rayonnement : le rayonnement direct.
Autre point important :
Comment comptes tu faire le pointage ?
Par capteurs qui recherchent le soleil ?
Par calcul sur éphéméride ?
Dans le premier cas par ciel nuageux le système risque de rechercher en permanence avec le risque de partir en butée.
Dans le deuxième cas on trouve communément cette formule pour la hauteur du soleil (elle est dans le doc en pj):
sin (h ) = sin ( δ ) ⋅ sin (λ ) + cos( δ ) ⋅ cos( λ ) ⋅ cos ( ω )
Le problème se trouve dans le membre de droite qui est l'addition de 2 produits.
Chaque produit sera borné entre [-1; +1] mais la somme peut être supérieure à 1 ce qui est impossible puisque le résultat doit être la valeur d'un sinus.
Bien sûr la formule est juste mais il y a un mais : est-ce que le micro-contrôleur associé à son compilateur aura la précision nécessaire pour qu'avec les erreurs d'arrondi on ne vienne pas tangenter les 1,001 par exemple ce qui générera une erreur immédiate quand tu fera l'opération arcsinus --> Erreur NAN --> Not A Number.
Exemple au solstice d'été la hauteur max correspond à arcsinus(0,93) --> ça peut être chaud !
Donc si vous choisissez le mode calcul sur éphémérides AMHA la priorité n'est pas de trouver des timers mais de vérifier que ce calcul est possible (sans vous prendre les pieds entre les degrés et les radians).
Réserves d'usage :
Ce que je viens d'exposer représente mon approche personnelle.
Je n'ai nullement la science infuse et il se peut que j'ai fait des interprétations erronées donc tu applique le principe de base :
Toujours contrôler les sources d'information et les compléter avec ta recherche personnelle.
Mes (principales) références bibliographiques :
http://www.heliodon.net/downloads/Beckers_2011_Helio_008_-_Calcul_du_rayonnement_solaire_attenue_par_latmosphere.pdf
Lien perdu (mis en pj):
Université Paris-Sud Orsay – Master PAM 2ème année – Energies renouvelables – Energie solaire thermique
V. Bourdin 2013
et un document super intéressant bien que pas tout à fait dans le sujet :
http://kaekoda.free.fr/bup/bup2.pdf
Calculs_astronomiques_simples_V2.pdf (554 KB)
d'un foudre de guerre" pour acquerir les encodeurs pour du suivi.
