Séminaire CETHIL - Analyse des différences entre rayonnements solaires mesuré in situ, estimé depuis satellite, et simulé, pour des situations complexes et moins complexes

L’énergie solaire reçue en surface est une donnée scientifique essentielle pour les sciences atmosphériques et l’analyse de processus physiques, chimiques et biologiques. Elle l’est également
pour les systèmes qui exploitent l’énergie solaire comme le solaire photovoltaïque et le solaire thermique. La connaissance détaillée des caractéristiques du rayonnement solaire est importante
pour évaluer et optimiser la performance des systèmes à énergie solaire : ce sont, outre la densité du flux solaire, la partition entre composantes direct et diffuse du rayonnement, la distribution
angulaire des luminances descendantes, et le contenu spectral du rayonnement. Par exemple les cellules à concentration exploitent essentiellement le rayonnement direct, et également en partie le
rayonnement circumsolaire. La performance des différentes familles de cellules au silicium varie plus ou moins fortement en fonction de la partition direct/diffus du rayonnement. Les cellules multijonctions ont des spectres de réponse différents tout comme les prometteuses cellules à colorant (DSC), dont l’énergie grise associée est beaucoup plus faible, et dont les performances sont moins sensibles au caractère direct/diffus du rayonnement.

Les caractéristiques du rayonnement solaire varie énormément en fonction des conditions météorologiques en situations nuageuses et comprendre les différents aspects de cette dépendance est essentiel pour améliorer l’estimation du rayonnement solaire en surface à partir de mesures satellitales et pour sa prévision. A Villeneuve d’Ascq, nous mesurons depuis 10 ans le rayonnement solaire depuis le toit instrumenté du bâtiment de Physique. Nous avons la chance d’avoir des couvertures nuageuses fournies et donc de pouvoir étudier la grande diversité du rayonnement solaire en surface, et la complexité de l’interaction entre nuages et rayonnement.

Dans cette étude, nous présentons une analyse du rayonnement solaire sur le site de la Cité Scientifique de Villeneuve d’Ascq. Nous présentons différents aspects de la climatologie de la ressource solaire mesurée, en particulier l’abondance d’effets radiatifs tridimensionnels significatifs. Nous comparons les mesures du rayonnement avec leurs estimations provenant des produits satellites CMSAF PVGIS et SARAH-2. Nous les comparons également à des simulations assimilant l’estimation in situ ou depuis satellites des composants atmosphériques. Nous analysons les biais des estimations à différentes échelles temporelles (mois, jour, heure). Nous montrons que des biais assez systématiques existent sur les rayonnements direct et diffus et qu’ils ont tendance à se compenser pour le rayonnement total. Les biais changent de signes pour des situations claires ou nuageuses, ce que nous tentons d’expliquer. Nous montrons la sensibilité des biais aux complexités nuageuses.