Solarimètre (version imprimable .pdf)
· Rayonnement solaire
Pour les mesures énergétiques, l'unité est le watt par mètre carré ; en opposition à l'unité lumineuse, le lux.
ü On utilise plus rarement un Luxmètre pour mesurer la luminosité du ciel en météorologie. Dans ces cas, on choisira un solarimètre pour mesurer l'intensité de rayonnement solaire.
Le rayonnement solaire est l'ensemble du rayonnement émis par le Soleil. Le Soleil émet des ondes électromagnétiques dont le spectre s'étend des ondes radio aux rayons gamma, en passant par la lumière visible.
La répartition du rayonnement est à peu près pour moitié dans la lumière visible, pour moitié dans l'infrarouge, avec 1% d'ultraviolets
Arrivé au niveau de la mer, c'est-à-dire ayant traversé toute l'atmosphère terrestre, le rayonnement solaire a subi plusieurs « filtrations » ; comme par exemple les bandes d'absorption de l'ozone (connu pour stopper une bonne partie des ultraviolets), du dioxygène, du dioxyde de carbone et de l'eau.
La constante solaire exprime la quantité d’énergie solaire que recevrait une surface de 1 m2 située à une distance de 1 ua (distance moyenne Terre-Soleil), exposée perpendiculairement aux rayons du Soleil, en l'absence d’atmosphère. Pour la Terre, c'est donc la densité de flux énergétique au sommet de l'atmosphère.
ü Sur Terre : F = 1360,8 ± 0,5 W/m²
Cette énergie est dissipée sur l'ensemble de la surface terrestre :
ü Le rayonnement solaire incident est : F'=F/4=340 W/m²
L'énergie solaire reçue en un point du globe dépend de :
ü L'énergie solaire envoyée par le Soleil (fluctuations décennales, saisonnières, et ponctuelles).
ü La nébulosité (nuages, brouillards, etc.), qui est importante à l'équateur et plus faible en milieu intertropical.
ü La latitude, la saison et l'heure, qui influent sur la hauteur du soleil et donc sur l'énergie reçue au sol par unité de surface, ainsi que sur la nébulosité en fonction du climat local.
· Solarimètre
Le solarimètre mesure le spectre solaire à la gamme de longueurs d'onde de la lumière du soleil - sous les mêmes conditions utilisées pour étalonner ces instruments. Ils sont étalonnés pour fournir une mesure sous un ciel clair et ensoleillé en Wsolaire/m2.
Notre soleil produit des rayonnements dans des longueurs d'onde de 0,15 à 4,0 μm. La réponse spectrale des solarimètres photocellulaires au silicium est limitée seulement sur une partie de ce spectre solaire de 0,4 à 1,1 μm.
L'uniformité du spectre de la lumière du jour dans la plupart des conditions du ciel limite les erreurs entre ± 3 % et ± 10 %.
Attention : la mesure du solarimètre doit également tenir compte de l'angle du rayonnement solaire, on appelle cela le « facteur de correction cosinus ». Par exemple, 1000 W/m2 reçus perpendiculairement au capteur (soit 0° par rapport au zénith) sont mesurés comme 1000 W/m2. Cependant, 1000 W/m2 reçus d'un angle de 60° par rapport au zénith est mesuré égal à 1000 W/m2 x cos 60° = 500 W/m2
Par temps couvert, sous un auvent ou dans une serre, la mesure se trouvera modifiée du fait d'une mesure indirecte. La mesure du rayonnement solaire réfléchi à la place du rayonnement solaire global aura des conséquences sur le niveau de mesure et sur la précision. De même, la lumière artificielle a une température (de couleur) différente, donc une température spectrale ou une longueur d'onde différente du spectre solaire. La réponse d'un solatimètre sera nulle ou erronée.
ü Les solarimètres photocellulaires au silicium ne doivent pas être utilisés pour la mesure de lumière artificielle ou pour le rayonnement réfléchi.
De même, l'unité de mesure du solarimètre W/m2 correspond à la puissance solaire reçue par mètre carré : Wsolaire/m2. Cette mesure diffère de la mesure d'un simple transfert thermique où un élément chaud cède de l'énergie thermique à un élément froid.
ü Les solarimètres photocellulaires au silicium ne peuvent pas être utilisés pour la mesure de transferts thermiques d'échangeurs thermiques, radiateurs, convecteurs, chaudières, etc.