Orientation d'un capteur solaire
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La puissance reçue par un capteur de 1m² dépend de son orientation par rapport aux rayons du soleil. En général le capteur est en position fixe, orienté plein sud à une inclinaison calculée en fonction de la latitude du lieu.

Hauteur du soleil par rapport à l'horizontale

L'axe de rotation de la Terre est incliné de 22,5 degrés par rapport à l'écliptique, le plan dans lequel se déplace le Soleil. Entre le solstice d'hiver, date à laquelle le soleil est le plus bas par rapport à l'horizon et le solstice d'été, date à laquelle il est au plus haut, la variation est de 45 degrés.
Pour calculer la hauteur du soleil au dessus de l'horizon à midi aux deux solstices en fonction de la latitude du lieu il suffit d'appliquer deux formules très simples. B est l'angle en degrés formé par les rayons du soleil avec l'horizontale et L est la latitude du lieu.
a) Au solstice d'été
B = 112 - L
b) Au solstice d'hiver
B = 68 - L
Pour les autres heures de la journée le calcul est un peu plus compliqué.

Au solstice d'été

La figure ci-contre montre la Terre au 21 juin, date du solstice d'été. Son axe de rotation (NS) étant incliné de 22 degrés (angle rouge), les rayons du soleil réchauffent l'hémisphère nord. A midi, le soleil est haut au dessus de l'horizon (angle vert).
Pour que les rayons du soleil frappent perpendiculairement la surface du capteur (C), il faut que ce dernier soit incliné d'un angle (A, magenta) égal à la latitude du lieu (L en bleu) moins l'inclinaison de la terre (22 degrés, en rouge) ce qui se résume par :
A = L - 22
Exemple :
A Belfort, latitude 48 degrés environ, l'angle A est de 26 degrés.

Au solstice d'hiver

A midi le soleil est bas sur l'horizon, le capteur devrait être presque vertical. La formule qui s'applique est :
A = L + 22
Exemple :
Au Mans, latitude 48 degrés exactement, l'angle A est de 70 degrés.



Inclinaison optimum d'un capteur

L'inclinaison optimale du capteur dépend du type d'utilisation que l'on fera de l'énergie solaire mais aussi de la direction du capteur, qui n'est pas toujours plein sud.
1) Chauffage d'une piscine en été
En Juillet et Août le soleil est pratiquement au plus haut, une inclinaison de 20 à 30 degrés est la meilleure
2) Eau chaude sanitaire (ECS)
Utilisation toute l'année mais la production est nettement plus importante en été. Pour éviter la surproduction en été et favoriser la mi-saison on adoptera un angle d'inclinaison proche de la latitude du lieu.
3) Chauffage des habitations
C'est en hiver que l'on a le plus besoin de chauffage mais c'est aussi à cette période de l'année que le soleil est le moins productif. En pratique c'est à la mi-saison que l'on profite le plus du chauffage solaire. L'inclinaison idéale est celle de la latitude du lieu.
4) Photo-voltaïque
L'angle optimum par rapport à l'horizontale est 30 degrés. On profite ainsi du rayonnement diffusé par le reste du ciel.

Influence de l'orientation du capteur

Le tableau ci-dessous donne le coefficient par lequel il faut multiplier la puissance moyenne à long terme (donc finalement, l'énergie reçue) pour tenir compte de la détérioration des performances dues au défaut d'orientation d'un capteur photo-voltaïque.
L'orientation idéale est plein sud, à 30 degrés d'inclinaison. A la même inclinaison mais avec un capteur orienté plein est, la puissance reçue est seulement 10% moins bonne, ce qui n'est pas rédhibitoire.
30° 60° 90°
est 0.93 0.9 0.78 0.55
sud-est 0.93 0.96 0.88 0.66
sud 0.93 1 0.91 0.68
sud-ouest 0.93 0.96 0.88 0.66
ouest 0.93 0.9 0.78 0.55
Exemple : Un capteur vertical fixé sur un mur ouest fournira 55% de la puissance qu'il aurait fourni en étant orienté plein sud et incliné à 30°.