Comprendre comment l’ensoleillement est mesuré pour évaluer et surveiller les systèmes photovoltaïques (PV) est essentiel. Pour cela, ce guide simple détaille les différents types d’irradiance solaire (POA, GHI, DHI et DNI), leur signification, leur mesure et les appareils à utiliser.
Qu’est-ce que l’irradiance solaire ?
Irradiance solaire désigne la quantité de lumière solaire qui frappe une surface, généralement mesurée en watts par mètre carré (W/m²).
Dans le domaine de l’énergie solaire, nous devons mesurer l’ensoleillement pour déterminer la quantité d’énergie produite par nos panneaux. Quatre principaux types d’irradiance solaire sont utilisés pour la surveillance du système photovoltaïque :
- POA (Plan de réseau)
- IGH (irradiance horizontale globale)
- DHI (irradiance horizontale diffuse)
- DNI (irradiance normale directe)
Nous discuterons de chacun d’entre eux et apporterons quelques exemples réels pour les simplifier et bien les comprendre.
Irradiance POA (plan du réseau)
L’irradiance POA correspond à la quantité totale de lumière solaire qui atteint la surface de vos panneaux solaires. Elle est très importante car elle indique la quantité de lumière reçue par les panneaux dans leur position réelle (inclinaison et direction).
En termes simples, cela peut être considéré comme la lumière du soleil que vos panneaux solaires voient et utilisent réellement.
Qu’est-ce que cela comprend ?
- Lumière directe du soleil (venant directement du soleil)
- Lumière diffuse (diffusée depuis le ciel)
- Lumière réfléchie (du sol ou des environs)
Remarque : nous ne devons pas mélanger la lumière diffuse et le DHI, car le POA inclut la lumière diffuse, mais pas exactement le DHI mesuré sur une surface plane, c’est la lumière diffuse telle qu’elle tombe sur les panneaux inclinés.
Comment est-il mesuré ?
Avec un capteur monté à la même inclinaison et dans la même direction que vos panneaux. Les capteurs généralement utilisés sont des cellules photovoltaïques de référence, ou capteurs d’irradiance photovoltaïque, car ils sont constitués d’une cellule miniature de panneaux solaires et se comportent de la même manière que les panneaux solaires photovoltaïques, avec la même réponse spectrale.
Capteur d’irradiance et pyranomètre pour mesurer le POA
Pourquoi c’est important: Cela permet de calculer la quantité d’énergie que vos panneaux devraient produire. Si la puissance d’alimentation est élevée mais que la production est faible, il y a un problème.
Voici un petit exemple de calcul de l’irradiance POA : Considérons un système PV avec DNI = 800 W/m², DHI = 150 W/m², angle zénithal solaire (θz) : 40° et angle d’incidence (θ) : 20°
- Sachant que POA=DNI⋅cos(θ)
- POA =800⋅cos (20∘) = 800⋅0,94
- Donc,POA = 752 W/m2
GHI (irradiance horizontale globale)
GHIIl s’agit de la quantité totale de lumière solaire tombant sur une surface plane (comme le sol ou un toit plat). Elle comprend :
- Lumière directe du soleil
- Lumière diffuse (diffusée)
Comment cela est mesuré :
Avec un capteur placé à plat et à l’horizontale. On parle ici du pyranomètre à thermopile, un appareil conçu pour mesurer le rayonnement solaire sur une surface. Il est monté à plat et à l’horizontale pour capter toute la lumière solaire tombant sur cette surface.
Calculons l’irradiance GHI Considérons le même système PV que celui que nous avons utilisé pour calculer l’irradiance POA, mais cette fois nous avons besoin de l’irradiance DHI et de l’angle zénithal solaire (θz) qui sont respectivement de 150 et 40°
- Sachant que GHI=DHI+DNI⋅cos(θz)
- GHI=150+800⋅cos (40∘) ≈150+800⋅0,766
- Donc,GHI = 762,8 W/m2
DHI (irradiance horizontale diffuse)
Le DHI correspond à la lumière solaire diffusée dans le ciel, qui ne provient pas directement du soleil. En termes simples, il mesure la douce lumière solaire qui atteint les panneaux solaires même par temps nuageux ou lorsque le soleil est masqué, comme la lumière qui fait briller le ciel même sans le soleil.
Comment le DHI est-il mesuré ?
On le mesure à l’aide d’un pyranomètre, comme pour le GHI. MAIS : il doit être ombragé pour bloquer la lumière directe du soleil. Ainsi, le capteur ne mesure que la lumière diffuse (diffusée) provenant du ciel.
DNI (irradiance normale directe)
Le DNI correspond à la lumière directe du soleil, comme le faisceau focalisé d’une lampe de poche. Il nous indique l’intensité de la lumière directe du soleil lorsque le capteur est pointé directement vers le soleil.
Comment le DNI est-il mesuré ?
Elle est mesurée par un capteur spécial appelé pyrhéliomètre. Ce dernier est monté sur un suiveur solaire qui suit en permanence la position du soleil dans le ciel. Son champ de vision est étroit : il ne mesure que le rayonnement direct du soleil et exclut toute lumière diffusée.
Remarque : un pyrhéliomètre est le seul instrument qui mesure avec précision le DNI.
Calcul pratique du DNI et du DHI
Considérez un système PV avec les valeurs mesurées suivantes :
- GHI = 762,8 W/m2
- POA = 752 W/m2
- Angle zénithal solaire (θz): 40°
- Angle d’incidence (θ): 20°
Les formules de calcul sont :
- DNI=POA / cos(θ)
- DHI=GHI-DNI⋅cos(θz)
Donc;
DNI=752/cos (20∘) => DNI ≈ 800⋅0,94 W/m2
DHI =762,8−800,26×cos (40∘) => DHI ≈149,76 W/m2
Ces calculs rapides montrent comment chaque type de lumière solaire, directe, diffuse et réfléchie, fonctionne ensemble pour constituer l’énergie totale que reçoivent vos panneaux solaires.
Tableau d’information
| Type d’irradiance | Définition | Instrument de mesure | Orientation | Exigence de classe A de la norme IEC 61724-1:2021 |
| Irradiance POA | Irradiance totale sur le plan du module PV | Capteurs d’irradiance à pyranomètre thermopile ou cellules de référence PV | Même inclinaison que les panneaux | Requis |
| GHI | Irradiance totale sur une surface horizontale | Pyranomètre à thermopile | Plat/horizontal | Requis |
| DHI | Irradiance diffuse sur une surface horizontale | Pyranomètre à thermopile ombrée | Horizontal avec dispositif d’ombrage | Facultatif |
| DNI | Irradiance du faisceau direct perpendiculaire au soleil | Pyrhéliomètre sur suiveur solaire | Normal au soleil | Facultatif |