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Relever un masque d'ombres

 

Principes

Le relevé du masque d'ombres

Un relevé de masque d'ombres est basé sur la recherche des points principaux définissant tous les objets architecturaux ou naturels succeptibles de projeter une ombre sur les modules photovoltaïques.

principe masque d'ombres


Pour chaque point P détecté, on note

  • son angle A : l'azimut [-120° à +120°],
      l'azimut 0 étant le sud.


    son altitude angulaire H [0 à 90°].
      l'altitude 0 étant le point P0 le plus
  •   bas du champs

 

Ces couples azimut/altitude sont ensuite reportés sur un document appelé "Fiche de relevé de la course du soleil ". A l'échelle de la planète, chaque point géographique possède potentiellement sa propre fiche, dont les graphiques dépendent de la longitude, de la latitude et de l'altitude du lieu.

Fiche de relevé de la course du soleil L45nord


Dans la pratique, pour la France
métropolitaine, il est convenu
d'utiliser en tout point la fiche de
relevé de la course du soleil
définie à une latitude de 45° nord.


Courbe de variation de la course du soleil


Le tracé du masque d'ombres

Le report des couples azimut/altitude permet ensuite de tracer le masque d'ombres, en reliant tous les points un à un. Cette courbe du masque d'ombres peut se limiter aux points principaux des objets provoquant de l'ombre, sans entrer dans un niveau de détails excessif.

exemple de relevé de masque d'ombre


Les azimuts sont notés en abscisse
, sur l'échelle des angles de -120 à +120°. Dans la pratique, les azimuts allant de -90° à +90° sont suffisants.

Les altitudes sont notées en ordonné, sur l'échelle des angles de 0 à 90°



Avant 8h00 et après 15h40 environ [zones en jaune], tout masque d'ombres est sans influence.


Interprétation du relevé de masque

exemple de relevé de masque d'ombre


Le masque d'ombres effectif est obtenu par la la surface "active" de la courbe de course du soleil délimitée par le tracé des points releves. Cette surface permet, en final, de déterminer coefficient de perte à appliquer à la production initiale brute du champ photovoltaïque [puissance crête].



La détermination du coefficient de perte est complexe. Elle fait intervenir des notions de géométrie mellant des surfaces d'ombre, des heures et des périodes calendaires. Une application informatqiue dédiée est souvent nécessaire pour le calculer précisément.


 

Courbe de variation de la course du soleil

La course du soleil est définie en fonction des mois de l'année [01 à 12] et des heures de la journée.

masque d'ombre -course du soleil

Le graphique ci-dessous montre que le trio d'ensoleillement "course/altitude/heures" est fonction de la position de l'axe de rotation de notre planéte sur elle même, pour chacun des mois de l'année, face au soleil : l'Europe étant dans l'émisphère nord, les photons sont projetés quasi perpendiculairement d'avril à septembre [efficacité maximale en juin], alors que leur angle de projection est défavorable d'octobre à mars [efficacité minimale en décembre].


rotation de lqa terre autour du soleil

solstice d'hiver (21 déc.)
les rayons solaires frappent la terre avec un angle de déclinaison de -23°27'

équinoxe de printemps (21 mars) le rayon solaire est dans le plan de l'équateur et la déclinaison vaut alors 0°. Cette position traduit l'égalité des jours et des nuits.

solstice d'été (23 juin)
la position de la terre est opposée à celle du 21 décembre et le soleil frappe l'hémisphère Nord avec l'angle maximum de déclinaison de 23°27'

équinoxe d'automne (22 sept.)
la situation est identique à celle du 21 mars et la déclinaison repasse à 0°.

 

 

Les méthodes de relevé de masque

Il existe plusieurs méthodes pour relever un masque d'ombres.

Méthodes manuelles

Elles sont simples et suffisament précises pour que les relevés de masque soit exploitables dans les calculs de production et de dimensionnement d'un champ photovoltaïque. Une de ces méthodes, utilisant une boussole et un clinomètre, est détaillée ci-après.

Méthodes semi-automatiques et automatiques

Elles sont basées sur des relevés de masque effectués par des appareils électroniques [ex. le SunEye de Solmetric] et permettent aussi parfois d'obtenir des relevés d'ensoleillement.

 

 

Méthode détaillée : boussole/clinomètre

Ce paragraphe détaille et explique pas à pas la méthode manuelle de relevé de masque d'ombres destinnée aux calculs et au dimensionnement d'un champ photovoltaïque.

Matériel nécessaire

Une boussole à cadran
Un clinomètre


boussole à cadran


sigma-tec clinometre

Fabrication d'un clinomètre

 

Le relevé de masque d'ombres, pas à pas

Hypothèse de l'exemple décrit :

releve de masque


Un masque d'ombres est pressenti
en sud-sud/ouest [0 à -120°],
défini selon 5 points.



Initialisation

Point de base
   
Azimut 0
 



Le point P0 à partir duquel s'effecuent toutes les mesures d'azimut et d'altitudes se trouve au bas du champ et en son centre. [le bas étant la position la plus "défavorable" aux mesures].

 

  releve masque azimut0

Caler le bord inférieur de la boussole sur le point P0.

Tourner le cadran pour amener l'indication "sud" sur l'aiguille, afin de matérialiser l'azimut 0°.

La ligne Nord/Sud obtenue serviria ensuite de ligne de visée pour les mesures.

Relevé des points

Méthode pour le point P1

Azimut A1
 
Altitude H1
 

releve masque azimut0

Orienter le regard sur le 1er point caractéristique de l'ombrage et tourner la boussole [à plat] pour aligner la ligne de visée sur ce point.

Noter l'azimut indiqué sur la boussole.

  clinometre 20d

En suivant l'azimut trouvé, viser l'altitude du point P1 et noter l'angle indiqué par le clinomètre.



Noter l'altitude indiquée sur le clinomètre..

A1 = -50° sud. 
 
H1 = +20°

releve de masque - azimut

releve de masque - azimut


releve de masque




Cette méthode de relevé
azimut/altitude
est à répéter pour
chaque point P2 à P5.

 


Le tracé du masque d'ombres

Reporter chaque couple azimut/latitude de chaque point P1 à P5 sur la "fiche de relevé de la course du soleil" [latitude de 45° nord pour la France métropolitaine].

relevé de masque photovoltaïque

 




Relier tous les points afin de tracer la surface totale du masque d'ombres.

 

Il n'est pas utile, dans le cas de la végétation par exemple, d'être très précis sur le masque [bas du feuillage]. La végétation évoluant avec les saisons...

 




Ne conserver que la partie de surface interne à la course du soleil, et hors zone de non influence des ombres [zone en jaune].

On obtient en final le masque d'ombres actif qui influencera la prodution du champ photovoltaïque.

Dans ce cas d'exemple, afin d'améliorer les conditions d'ensoleillement du champ photovoltaïque, il peut être judicieux d'envisager de tailler l'arbre ou bien même de le couper.

 

 

Fabrication d'un clinomètre

Cet appareil de mesure est basé sur la simple gravité d'une aiguille rigide. Il est donc très simple à fabriquer.

Dans un premier temps,
télécharger le fichier ci-contre
Rapporteur d'angle.



clinometre



Coller le rapporteur d'angle sur un support rigide puis percer un trou dans le support pour servir d'axe à l'aiguille
de mesure.



clinometre



L'aiguille peut être réalisée avec une tige métallique, un fil de cuivre, etc...

Couper l'aiguille à la bonne dimension, et la passer au travers de l'axe pour la recourber à l'arrière du support. Attention à laisser un jeu suffisant pour que l'aiguille soit libre dans le plan de lecture des angles.


Le clinomètre est pres à fonctionner...



clinometre 20d



La flêche bleue donne la direction de la visée. Un fois le clinomètre correctement pointé vers le point analysé, la lecture de la hauteur angulaire se fait par la position de l'aiguille sur le rapporteur d'angle.

 

 

 

 

 

 



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