N°4 - Les cartes solaires - niv. 4

N°4 - Les cartes solaires - niv. 4
En formation de niveau 3 (CAP), on n'étudiera pas ce chapitre.



La puissance reçue en moyenne à la surface de la planète (après traversée de l'atmosphère par rayonnement solaire) est de 168 [W/m²]. La valeur maximale, envisageable en période d'ensoleillement et en l'absence de couverture nuageuse, est d'environ 1000 [W/m²].
La puissance reçue par les capteurs d'énergie solaire tout au long de l'année varie donc beaucoup selon la couverture nuageuse. Mais nous avons vu au chapitre précédent qu'elle variait aussi selon leur inclinaison et leur orientation.


orientation


Aussi, pour effectuer les bilans, mieux vaut intégrer la notion de temps et parler en quantité d’énergie fournie plutôt qu'en puissance fournie (si la différence entre toutes ces notions n'est pas claire, voir les dossiers L'énergie, la chaleur et Les puissances en Génie Climatique).

Pour cela, on dispose de nombreuses tables et cartes solaires qui indiquent en [Wh] ou [kWh] l'énergie radiative reçue par jour sur un [m²] de capteur, en moyenne mensuelle ou annuelle, pour une orientation et une inclinaison donnée.

  • Carte solaire annuelle (moyenne journalière annuelle, orientation Sud)

solaire


On peut tirer comme information de la carte ci-dessus qu'un capteur orienté plein sud et incliné de 45° recevra un ensoleillement moyen journalier différent selon l'endroit en France où il est implanté, et qui sera proche des valeurs suivantes.

  • 3 [kWh/m²] à Lille (nord de la France)
  • 3,9 [kWh/m²] à Lyon, soit 20% de plus qu’à Lille,
  • 5,2 [kWh/m²] à Marseille (sud de la France), soit 35% de plus qu’à Lyon.

Pour produire la même énergie calorifique à partir de capteurs solaires thermiques, il faudra installer 20 à 30% de surface supplémentaire à Lille par rapport à Lyon, et 70% si l’on compare à Marseille.


Question

Q1 Sur une base de 12 [h] de rayonnement soleil par jour, quelle est en [W] la puissance d'ensoleillement moyenne reçue à Marseille par un capteur orienté au Sud, sur l'année.

Pour rappel Q = P x t
Avec
Q en [kWh]
P en [kW]
t en heure

Q = P x t
Avec
Q en [kWh]
P en [kW]
t en heure

La quantité d’énergie solaire sur une journée à Marseille est de 5,2 [kWh/m²].

On peut donc écrire pour 1 [m²] de capteur l'égalité suivante.
5,2 = P x 12

Et enfin déterminer la puissance reçue par le capteur.
P = 5,2 / 12 = 0,433 [kW/m²] = 433 [W/m²]

  • Carte solaire mensuelle (moyenne journalière, mois de juillet, orientation Sud)

journe


Question

Q2 Sur une base de 12 [h] de soleil par jour, quelle est en [W] la puissance d'ensoleillement moyenne reçue à Marseille par un capteur orienté au Sud, au mois de Juillet?

Q = P x t
Avec
Q en [kWh]
P en [kW]
h en heure

Selon la carte mensuelle, la quantité d’énergie solaire sur une journée à Marseille au mois de juillet est de 7 [kWh/m²]

On peut donc écrire l'égalité suivante.
7 = P x 12

Et enfin déterminer la puissance reçue.
Soit, P = 7/12 = 0,583 [kW/m²] = 583 [W/m²]
La différence de ce résultat avec celui de l'exercice précédent (433 [W/m²] sur l'année pour Marseille), illustre bien la douceur du climat méditerranéen.

Il existe des cartes solaires qui indiquent les fournitures annuelles de l’Europe.

fournitures

Question

Q3 Pour Marseille, la carte européenne ci-dessus indique un flux annuel de l'ordre de 1900 [kWh/m²]. Vérifiez la cohérence de cette donnée avec celle indiquée sur la carte nationale ci-dessous.



Sur la carte de France ci-dessus, on note un ensoleillement moyen quotidien de 5,2 [kWh/m²] à Marseille.
Sur l'année ceci correspond à,
5,2 x 365 = 1898 [kWh/an] que l'on retrouve sensiblement sur la carte Européenne.

Enfin, il existe des cartes pour toute la planète….

carte


carte




Récapitulons avec Maurice Ciron.

Les vidéos récapitulatives de Maurice.