Conclusions et perspectives

Ces résultats apportent une réponse à la troisième question de recherche : oui, le modèle empirique développé à partir des données d’un site désertique particulier peut être utilisé sur un autre site désertique, avec un certain degré de précision.

2.7. Conclusions et perspectives

Un modèle empirique paramétrique simple et rapide est proposé pour améliorer l’estimation des éclairements totaux directs et circumsolaires par condition de ciel clair, dans un environnement désertique. Avec ce modèle, le CSR peut être estimé pour un demi-angle d’ouverture quelconque entre 0.4° et 5°, à partir des mesures de DNI et de DHI sur le site d’intérêt. Ce modèle a pour avantage de ne nécessiter que des mesures de DNI et DHI en entrée. A l’inverse, les modèles de transfert radiatif nécessitent des données précises et spécifiques – et donc rares – sur les propriétés monochromatiques optiques des aérosols pour le calcul du rayonnement direct (AOD) et circumsolaire (AOD, SSA et PFCN des aérosols). Lorsque ces données sont disponibles, le modèle proposé reste nettement plus rapide que, par exemple, le modèle de transfert radiatif libRadtran. Le modèle proposé détermine le CSR qui est ensuite utilisé avec les mesures in-situ de DNI, pour évaluer le CSNI et le DNIS. Ces

estimations de CSR, de CSNI et de DNIS pour un demi-angle d’ouverture donné sont en particulier importantes pour la simulation de systèmes de conversion de l’énergie solaire par concentration. Dans l’article de Blanc et al. (2014), il est recommandé d’évaluer le CSR et le sunshape en complément des mesures standard de DNI dont il faut d’ailleurs préciser les demi-angles d’ouverture. Le modèle proposé permet l’estimation du CSR et CSNI, sur des sites désertiques, par condition de ciel clair. Le sunshape peut être déterminé en utilisant le modèle paramétrique en fonction du CSR proposé par Buie et al. (2013).

Ce modèle a été développé et validé sur le site d’Abu Dhabi, EAU. Ce modèle a ensuite été évalué sur le site de Tamanrasset, Algérie. A l’inverse, afin de profiter des mesures pyranométriques de très bonne qualité des stations BSRN et AERONET sur le site de Tamanrasset, les coefficients du modèle empirique ont été réévalués avec les mesures de Tamanrasset. Ce nouveau modèle a ensuite été évalué et validé de nouveau sur Tamanrasset et Abu Dhabi. Compte tenu de la grande qualité des mesures in- situ disponible sur Tamanrasset, il est recommandé d’utiliser ce nouveau modèle pour évaluer sur un autre site désertique, pour des conditions de ciel clair, le DNIS ainsi que le ratio CSR, le CSNI pour un

demi-angle d’ouverture quelconque entre 0.4° et 5°.

Dans le développement du modèle empirique proposé, des propriétés monochromatiques optiques des aérosols (AOD, SSA, PFCN) ont été utilisées pour calculer avec libRadtran les éclairements de référence DNIS, le CSNI ainsi que le ratio CSR. Cependant, des erreurs dans ces propriétés optiques

des aérosols induisent des erreurs dans ces références. La correction affine proposée pour les AOD d’AERONET n’a été établie et validée que sur le site d’Abu Dhabi et uniquement pour la longueur d’onde 670 nm. Or, pour le calcul des éclairements totaux par libRadtran, cette même correction affine

36 Chapitre 2 – Résumé étendu

a été appliquée pour toutes les longueurs d’onde. Des études supplémentaires sont nécessaires pour vérifier que cette correction est effectivement applicable pour d’autres longueurs d’onde ou non. Une autre voie d’amélioration concerne les PFCN des aérosols. En effet, une meilleure estimation de ces PFCN pour de plus petits angles de diffusion que ceux proposés par AERONET améliorerait sensiblement les performances de modélisation de libRadtran qui, à son tour, améliorerait le modèle empirique une fois les coefficients réévalués en conséquence.

Le modèle proposé pourrait être étendu en incluant tous les sites abritant en même temps des stations AERONET et BSRN. Dans ce cas, les coefficients pourraient être réévalués et fournis sous forme d’abaques. Ceci pourrait être intéressant dans la mesure où ce modèle pour être applicable à une échelle plus grande en incluant d’autres environnements que celui désertique.

L’ensemble de ce travail a été établi en ne considérant que des situations de ciel clair, sans nuage. Les effets des nuages de type cirrus dans le ciel sont d’intérêt pour les systèmes solaires à concentration car le DNI mesuré peut être relativement élevé mais aussi le CSNI ainsi que le ratio CSR. Reinhardt et al. (2014) ont proposé un modèle, basé sur libRadtran, pour estimer le CSR à partir des propriétés optiques de nuages de type cirrus évalué à partir des images du satellite Meteosat Second Generation (MSG). La prise en compte des nuages de type cirrus dans le modèle empirique proposé est donc possible a priori et pourrait faire l’objet de recherches futures.

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Chapter 3 - Basics

In this chapter the downwelling solar radiation received at ground level is introduced. The chapter is organized as follows:

 the common angles referred to in this work are presented in Sect. 3.1,

 Sect. 3.2 deals with the background on the extraterrestrial solar radiation,

 an introduction to the radiative transfer in the atmosphere is presented in Sect. 3.3,

 followed by the solar radiation components reaching the surface of the Earth in Sect. 3.4,

 finally, parameterizations of the diffuse radiance are presented in Sect. 3.5.

Many symbols and acronyms are used in this thesis. In the framework of the Task 46 “Solar Resource Assessment and Forecasting” of the Solar Heating and Cooling (SHC) program of the International Energy Agency (IEA) a panel of experts have reached a consensus for using similar symbols and acronyms in their works. In addition, an article was published in the Solar Energy journal by these experts reaching an agreement on the definition of the DNI with emphasis on the CSNI issue (Blanc et al., 2014). Therefore, whenever possible the same symbols and acronyms used in the work of Blanc et al. (2014) and IEA SHC Task 46 will be used from hereinafter.

3.1. Sun-Earth geometry

A schematic of the common angles with respect to the zenith and the horizontal surface, i.e. surface of the Earth in this context, is shown in Fig. 3.1.

North Sky element Zenith

θ

θ

ξ

γ

φ

φ

γ

Fig. 3.1: Schematic showing the angular positions of the Sun and any arbitrary sky element (modified after CIE, 2002).