Caractéristiques générales du soleil

Le Soleil est une « petite » étoile, une boule de gaz, dont le diamètre est de 1391000 km, et qui est placée à 150 000 000 km de la terre . Cette distance est si grande que sa lumière nous parvient 8 minutes après avoir était émise, le soleil voyage à la vitesse (C) de 300 000 km/s , c’est à dire qu’elle fait 7 fois le tour de la Terre en 1 seconde.

Quant à son volume, il pourrait contenir 1 300 000 Terre. Avec une densité de 1.41, sa masse est de 330 000 fois celle de la terre ( 1,99.10³⁰ kg ou 2milliards de milliards de milliards de tonnes). Il représente 99,867 % de la masse totale du système solaire, c’est-à-dire que l’ensemble de toutes les planètes et comètes ne représente que le millième du soleil. Bien que sa lumière soit 600 000 fois plus élevée que celle de la Lune, il n’est visible qu’à une distance de 60 al (annéelumière).

Le soleil est donc une énorme boule de gaz composée de 70% d’hydrogène et de 28% d’hélium, les 2% restants représentent la plupart des autres atomes présents dans l’univers. Signalons aussi que les étoiles sont les usines qui créent tous les matériaux existant dans l’univers, à partir de l’hydrogène.

Plus de 60 éléments chimiques furent identifiés, tel que du titane, du plomb, du mercure, du chlore, du silicium, cuivre, calcium, indium, antimoine, zirconium, rhodium, etc. On trouve, par exemple, 9 atomes d’or pour 1 000 milliards d’atomes d’hydrogène, soit 10 millions de milliards de tonnes d’or (1.10¹⁶tonnes).

Composantes du rayonnement solaire

En traversant l’atmosphère, le rayonnement solaire est absorbé et diffusé. Au sol, on distingue un rayonnement direct, diffus, albédo et global.

Le rayonnement direct
Le rayonnement direct est reçu directement du soleil, sans diffusion par l’atmosphère. Ses rayons sont parallèles entre eux, il forme donc des ombres et peut être concentré par des miroirs.

Le rayonnement diffus
Le rayonnement diffus est constitué par la lumière diffusé par l’atmosphère (air, nébulosité, aérosols). La diffusion est le phénomène qui répartit un faisceau parallèle en une multitude de faisceaux partant dans toutes les directions.

Conversions des rayonnements 

Le rayonnement global, et même le rayonnement diffus, sur le plan horizontal, est mesuré dans des différents emplacements, la plupart du temps en tant que moyenne horaire d’éclairement. Comme il a été déjà mentionné, le rayonnement global est subdivisé en rayonnements directs, diffus et reflété par le sol . Afin de déterminer le rayonnement global sur un plan incliné, chacune des trois fractions est convertie.

Conversion du rayonnement direct
Le rayonnement direct, sur le plan horizontal, est la différence entre le rayonnement global et le rayonnement diffus.

Conversion du rayonnement diffus

Le rayonnement diffus, qui est le résultat de la dispersion du faisceau du soleil en réduisant l’importance du faisceau soleil, et cela est dû aux constituants atmosphériques. Il se disperse dans toutes les directions dans le ciel, et par conséquent, le ciel semble être également lumineux en toutes directions. Quand le ciel est complètement obscurci ou le soleil est au-dessous de l’horizon , seulement le rayonnement diffus atteint la surface de la terre .

Principes de calcul de l’énergie solaire

Energie inépuisable , c’est une grande bombe thermonucléaire dont la puissance, émise sous forme de photons , représente un chiffre considérable : 3,82.10²⁶ Watts. C’est le résultat de la combustion de 596 Millions de tonnes par seconde d’hydrogène convertis en 592 millions de tonnes par seconde d’hélium. La perte, 4 millions de tonnes/seconde, se traduit sous forme de rayonnement gamma. Chaque cm² de la surface du soleil émet une énergie de 6 kilowatts. Mais il n’arrive sur terre que 5 milliardièmes (5.10⁻⁹) de cette puissance. Avant d’entrer dans le calcul de l’irradiation solaire, certains principes de base et définitions méritent d’être rappelés, notamment plusieurs variables qui seront mentionnées à plusieurs reprises par la suite.

L’angle horaire (ω)
C’est l’angle formé entre le plan méridien passant par le soleil et le plan méridien du lieu obtenu par le déplacement angulaire du soleil autour de l’axe polaire, dans sa course d’est en ouest, par rapport au méridien local. La valeur de l’angle est nulle à midi solaire, négative le matin, positive en après midi et augmente de 15° par heure (donc un tour de 360° en 24 heures).

Rayonnement hors atmosphère

Le rayonnement solaire parvient à la limite de l’atmosphère terrestre après un trajet dans l’espace d’environ 150.000.000 km, effectué en 8 minutes. Le flux de rayonnement intercepté par un récepteur plan perpendiculaire à la direction du soleil produit sur celle-ci un éclairement énergétique de l’ordre de 1367 W/m² . Ceci est connu sous le nom de : « Constante solaire ».

Cependant, la distance de la terre au soleil n’est pas constante tout au long de l’année, il en résulte que le rayonnement extraterrestre oscille par un pourcentage de 3 %.

Le rayonnement solaire en présence de l’atmosphère 

Avant d’atteindre le sol, le rayonnement solaire subit des phénomènes de diffusion et d’absorption par les molécules gazeuse, les aérosols, les gouttelettes et les poussières diverses en suspension. Le rayonnement absorbé est transformé en chaleur et disparait du bilan utilisable au sol. Le rayonnement solaire reçu au sol est composé du rayonnement direct et diffus. Le diffus est lui-même décomposé en :
●Diffus provenant du ciel.
●Diffus provenant du sol.