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Theses Year : 2015

Modelling the beam and circumsolar radiation under cloud-free conditions in desert environment

Modélisation des rayonnements direct et circumsolaire par ciel clair en environnement désertique

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Abstract

Routine measurements of the broadband direct normal irradiance (DNI), i.e. beam irradiance at normal incidence, by means of pyrheliometers or equivalent pyranometric systems include the irradiance originating from within the extent of the solar disc (DNIS) and that from a larger circumsolar region, called the circumsolar normal irradiance (CSNI). Such instruments have equivalent aperture half-angles between 2.5° and 5° which are one order of magnitude greater than the angular radius of the solar disc. The equivalent aperture half-angles of the concentrated solar powered systems are greater than the angular radius of the solar disc, but smaller than that of the measuring systems. Therefore, information on the CSNI should be provided for an improved assessment of the DNI. The objective of this PhD thesis is to contribute to an improved assessment of the beam and circumsolar radiation under cloud-free conditions in a desert environment. After selecting the aerosol optical properties of significance, the radiative transfer model libRadtran was used to model the CSNI and DNIS. A fast and simple parametric model which mimics the libRadtran values is proposed. This model uses standard measurements of the DNI and the diffuse horizontal irradiance as inputs to estimate the circumsolar ratio (CSR) for any aperture half-angle between 0.4° and 5°. The CSR is the ratio of the CSNI to the sum of the CSNI and the DNIS. Knowing the CSR and having the measured DNI, the CSNI and the DNIS can be computed.
Les mesures de l'éclairement solaire direct reçu au sol en incidence normale (DNI) par des pyrhéliomètres ou instruments équivalents incluent l'éclairement provenant de l'angle solide du disque solaire (DNIS) et celui provenant d'une région angulaire circumsolaire plus large, appelé éclairement circumsolaire (CSNI). Les instruments ont des demi-angles d'ouverture équivalents variant entre 2,5° et 5°, soit un ordre de grandeur plus grand que le demi-angle du disque solaire. Quant aux demi-angles des systèmes de production d'énergie concentrant les rayons solaires, ils sont plus grands que le demi-angle du disque solaire, et plus petits que ceux des instruments. Par consequent, le CSNI doit être connu pour une estimation précise du DNI. Cette thèse contribue à la connaissance et à la modélisation des éclairements direct et circumsolaire en milieu désertique par conditions de ciel clair. Après avoir déterminé les propiétés optiques des aérosols les plus influentes, le modèle numérique de transfert radiatif libRadtran a été utilisé pour modéliser le CSNI et le DNIS. Un modèle paramétrique simplifié et très rapide a été développé qui reproduit les résultats de libRadtran. Il estime le ratio circumsolaire (CSR), soit le rapport entre le CSNI et la somme du CSNI et du DNIS, à partir de mesures standards du DNI et de l'éclairement diffus. A partir du DNI mesuré et de CSR modélisé, le CSNI et le DNIS peuvent être estimés pour tout demi-angle entre 0,4° et 5°. Le modèle a été validé pour deux stations de mesure, dans les Emirats Arabes Unis et en Algérie.
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tel-01168647 , version 1 (26-06-2015)

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  • HAL Id : tel-01168647 , version 1

Cite

Yehia Abdelmaksoud Abdalla Eissa. Modelling the beam and circumsolar radiation under cloud-free conditions in desert environment. Ocean, Atmosphere. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2015. English. ⟨NNT : 2015ENMP0009⟩. ⟨tel-01168647⟩
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