Qu'est-ce que l'insolation solaire?
L'insolation solaire est une mesure de la quantité d'énergie solaire atteignant une surface, ou irradiance, sur une surface donnée au fil du temps. La surface en question peut être n'importe quoi exposé au soleil, d'un objet ou d'un emplacement particulier sur la Terre à de petits objets allant de l'espace, tels que des satellites artificiels, à la surface d'une planète entière. L'insolation solaire d'une région donnée de la Terre dépend de sa distance à l'équateur, de ses conditions météorologiques, de l'heure du jour et de l'année. Il est essentiel au maintien de la vie sur Terre, car les plantes dépendent de l’énergie solaire pour survivre. Elles jouent également un rôle important dans la construction et la localisation d’équipements permettant de produire de l’électricité à partir de l’énergie solaire.
Habituellement mesurée en watts par mètre carré, l’insolation solaire moyenne d’une zone sur de plus longues périodes est souvent exprimée en kilowattheures par mètre carré et par jour. Le watt est l'unité métrique standard de puissance, ou d'énergie dans le temps; un watt de puissance équivaut à un joule d'énergie par seconde. Un kilowattheure, terme couramment utilisé en référence à la production d'énergie électrique, est suffisant pour produire une puissance de 1 000 watts pendant une heure, ou 3 600 000 joules (3,6 mégajoules).
Plus une surface fait directement face au soleil, plus son ensoleillement est élevé. Une insolation solaire maximale est produite lorsque la lumière du soleil frappe à un angle de 90 degrés. L'insolation diminue à mesure que l'angle diminue, car un angle inférieur répartit la même quantité d'énergie radiante sur une zone plus large. C'est pourquoi la région entourant l'équateur terrestre, qui reçoit la lumière solaire la plus directe, est la partie la plus chaude de la Terre et les régions polaires sont les plus froides. Cela entraîne également des changements de saison, car l’axe incliné de la Terre signifie que l’angle de la lumière solaire atteignant une partie donnée de la planète change au cours de l’année. C'est aussi la raison pour laquelle la température d'un jour donné aura tendance à atteindre son maximum vers midi, lorsque le soleil est à son point le plus élevé dans le ciel, puis à baisser à mesure que le soleil se rapproche de l'horizon plus tard dans la journée.
L'ensoleillement total de l'atmosphère extérieure de la Terre due à la lumière directe du soleil atteint en moyenne environ 1 366 watts par mètre carré selon un angle de 90 degrés au cours d'une année, dont la majorité est sous forme de lumière visible. L'atténuation de la lumière solaire lorsqu'elle traverse l'atmosphère la réduit à environ 1 000 watts par mètre carré à un angle de 90 degrés lorsqu'elle atteint la surface de la Terre. Ce chiffre diminue régulièrement lorsqu'une personne se déplace à des latitudes plus élevées et diminue aux heures du jour plus loin du midi solaire, tombant à presque rien la nuit. L'insolation moyenne de la Terre dans son ensemble au cours d'une année est d'environ 250 watts par mètre carré.
Des zones situées à des latitudes similaires peuvent encore présenter des différences significatives d’insolation moyenne en raison de facteurs locaux. L'insolation d'une zone peut être encore réduite par les conditions atmosphériques qui interfèrent avec la lumière du soleil, telles que les nuages ou la brume atmosphérique. L'insolation augmente à haute altitude car il y a moins d'atmosphère pour permettre au rayonnement solaire de traverser et d'être atténué. Des mesures de la quantité d'irradiance solaire à différents endroits peuvent être compilées pour créer une carte spécialisée appelée carte d'insolation.
La production d'énergie solaire repose fortement sur l'insolation. Les régions arides ou semi-arides abritent généralement des centrales solaires afin de minimiser les interférences avec le rayonnement solaire causé par la couverture nuageuse et sont construites à des altitudes plus élevées si possible. Les panneaux solaires photovoltaïques sont montés à des angles prévus pour que la lumière solaire les atteigne à un angle aussi proche que possible de 90 degrés afin de maximiser la puissance reçue. L'angle optimal pour cela varie selon la situation géographique et la période de l'année.
L'insolation d'une zone peut également être exploitée dans la conception de bâtiments. Par exemple, de grandes fenêtres sur le côté d'un bâtiment faisant face à l'équateur laisseront entrer plus de lumière et de chaleur en hiver, lorsque le soleil est bas, et comparativement moins lorsqu'il est haut dans le ciel en été. Cela permet de modérer les températures saisonnières extrêmes à l'intérieur du bâtiment, ce qui le rend plus confortable et réduit la quantité d'énergie nécessaire au chauffage ou à la climatisation.