Le rayonnement solaire est l'une des sources d'énergie les plus importantes pour notre planète. C'est l'énergie qui est générée par le soleil et qui se déplace ensuite vers la terre sous forme d'ondes électromagnétiques. Cette énergie est utilisée de plusieurs façons, y compris, mais sans s'y limiter, pour alimenter des panneaux solaires, alimenter des machines et alimenter nos maisons. Le rayonnement solaire est une source d'énergie très puissante et il est important de comprendre ses caractéristiques afin d'utiliser tout son potentiel.
Le Soleil est une sphère de matière gazeuse intensément chaude d'un diamètre de 1,39 × 109m et vaut en moyenne 1,5 × 1011m de la terre. Vu de la terre, le soleil tourne sur son axe environ une fois toutes les 4 semaines. Cependant, il ne tourne pas comme un corps solide ; l'équateur prend environ 27 jours et les régions polaires environ 30 jours pour chaque rotation. Le soleil a une température corporelle noire effective de 5777 K.
L'énergie solaire est le résultat du rayonnement électromagnétique émis par le soleil par les réactions thermonucléaires se produisant à l'intérieur de son noyau. Toutes les ressources énergétiques sur terre proviennent du soleil (directement ou indirectement), à l'exception de l'énergie nucléaire, marémotrice et géothermique.
Le soleil rayonne une énergie considérable sur la terre. Intensité du rayonnement solaire, rarement supérieure à 950 W/m2a conduit à la création de nombreux types d'appareils pour convertir cette énergie en formes utiles, principalement la chaleur et l'électricité. La lumière rayonnante et la chaleur du soleil sont exploitées à l'aide d'une gamme de technologies en constante évolution telles que le chauffage solaire, le PV, le CSP, l'architecture solaire et la photosynthèse artificielle.
Fig ci-dessus. montre schématiquement la géométrie des relations Soleil-Terre. L'excentricité de l'orbite terrestre est telle que la distance entre le soleil et la terre varie de 1,7 %. À une distance moyenne Terre-Soleil L = 1,495 × 1011m, le soleil sous-tend un angle de 32 degrés. Le rayonnement émis par le soleil et sa relation spatiale avec la terre se traduisent par une intensité presque fixe du rayonnement solaire à l'extérieur de l'atmosphère terrestre.
La constante solaire ICSdésigne l'énergie du soleil par unité de temps reçue sur une unité de surface perpendiculaire à la direction de propagation du rayonnement à la distance moyenne Terre-Soleil hors de l'atmosphère. La valeur moyenne de la constante solaire est égale à 1368 W/m2. Par conséquent, en considérant une aire plane globale de 1,275 × 1014m2et le rayon moyen de la terre étant d'environ 6371 km, le rayonnement solaire total transmis à la terre est de 1,74 × 1017W, alors que la consommation globale d'énergie du monde est d'environ 1,84 × 1013W
Longueur d'onde
La première caractéristique à considérer lorsque l'on parle de rayonnement solaire est sa longueur d'onde. Le rayonnement solaire se compose d'une gamme de longueurs d'onde, et chaque longueur d'onde a une énergie différente. Les longueurs d'onde du rayonnement solaire vont d'environ 0,2 micromètre à environ 4 micromètres, et l'énergie contenue dans chaque longueur d'onde est ce qui déterminera le type d'énergie produite.
La mesure normale de la longueur d'onde du rayonnement solaire et atmosphérique est lananomètre (nm, 10-9m)et pour le rayonnement infrarouge est le micromètre (µm, 10-6 m).
Intensité
La deuxième caractéristique du rayonnement solaire est son intensité. L'intensité du rayonnement solaire est mesurée par le nombre de photons par mètre carré qui sont présents. Plus le rayonnement solaire est intense, plus il produira d'énergie. L'intensité du rayonnement solaire est également influencée par la quantité de nuages et de poussière dans l'atmosphère ainsi que par l'angle du soleil.
Fréquence
La troisième caractéristique du rayonnement solaire est sa fréquence. Le rayonnement solaire est composé de différentes fréquences, qui sont mesurées en hertz (Hz). La fréquence du rayonnement solaire varie d'environ 1 Hz à 10 Hz. Plus la fréquence est élevée, plus le rayonnement produira d'énergie.
Le soleil est une entité incroyablement puissante et complexe. Il émet une large gamme de fréquences de rayonnement électromagnétique, allant d'un incroyablement élevé 1018 hertz jusqu'à un 10 beaucoup plus modeste4 hertz. Cela signifie que le soleil émet un incroyable 1 million de millions de millions d'ondes par seconde d'énergie à sa fréquence la plus élevée. À sa fréquence la plus basse, cela se réduit à 10 000 ondes par seconde. En plus de cela, le soleil tourne également sur son axe tous les 27 jours, ce qui lui permet de diffuser son énergie dans tout le système solaire.
Direction
Enfin, la quatrième caractéristique du rayonnement solaire est sa direction. Le rayonnement solaire se déplace en ligne droite, ce qui signifie qu'il est directionnel. Cela signifie que l'énergie ne sera concentrée que dans une direction particulière et pourra donc être utilisée pour alimenter des panneaux solaires ou d'autres appareils.
Cet aspect directionnel du rayonnement solaire peut être exploité de diverses manières, telles que la concentration de l'énergie sur des panneaux solaires pour maximiser l'efficacité ou l'utilisation de miroirs pour refléter la lumière dans des directions spécifiques. De plus, la nature directionnelle du rayonnement solaire peut être utilisée pour créer des ombres ou des motifs lumineux dans une zone particulière, ou pour diriger la lumière dans certaines zones qui seraient autrement inaccessibles.
