Calcul de l'ensoleillement sur le forum de wswin

jackT · Message par **jackT** » 15 févr. 2008, 20:55

Bonjour à tous,

On a discuté sur ce forum, grâce notamment aux constatations de Tudgur, à propos du calcul de l'ensoleillement qu'effectue wswin et certains problèmes apparaissant parfois au lever ou au coucher du soleil.

Du fait probablement du ciel bleu de ces derniers jours, ce point a été discuté récemment sur le forum de wswin, et bien que rien de vraiment nouveau n'est ressorti (pour l'instant...) , je pense que cela peut vous interesser et je vous donne ci-dessous un résumé général de ces discussions.
Voici les liens (tout est en allemand) mais certaines images que je ne reproduis pas ici peuvent être informatives :

http://www.pc-wetterstation.de/forum/vi ... php?t=5665
http://www.pc-wetterstation.de/forum/vi ... php?t=5655

En résumé, deux observation principales ont été faites :
La première, lorsqu'un terrain est plutôt dégagé et que le capteur solaire "voit" le soleil dès l'heure du lever jusqu'à l'heure du coucher, un des administrateurs du forum de wswin a constaté les mesures suivantes :

Ensoleillement nul calculé de 16h15 à 16h50.

La deuxième, lorsque le relief du terrain (montagne, arbres,..etc) masque le soleil au lever et au coucher :

Périodes d'ensoleillement calculées lorsque le jour est levé mais que le soleil est encore ou déjà masqué (avant 8h et après 17h).

Werner Krenn est resté très discret dans ces discussions, et a juste suggéré dans le premier cas cité ci-dessus de diminuer le facteur de correction pour le mois de février.

Dans le premier cas, la correction du facteur corrige effectivement le problème, mais un participant a fait remarquer que la diminution du facteur de correction va diminuer le seuil d'ensoleillement également pour toute le reste de la journée, ceci pouvant poser des problèmes de calcul en cas de ciel voilé en pleine journée.... Ce participant a émit l'hypothèse d'un problème ou d'une erreur de calcul de wswin et a demandé à Werner si wswin calculait les valeurs à l'aide d'une formule ou bien si ces valeurs provenaient d'une table.... Malheureusement, aucune réponse de l'auteur de Wswin...

Pour le deuxième cas, l'administrateur du forum cité ci-dessus a suggéré d'augmenter la "valeur pour 0%."

Cordialement

mm91 · Message par **mm91** » 16 févr. 2008, 07:44

Dans les périodes près du lever et du coucher du soleil, mon système différentiel fonctionne comme le système « normal » avec pyranomètre.

Ici (sur un plateau) le soleil se lève et se couche exactement aux heures calculées par Wswin.
(à une ou deux minutes près, ce qui n’est pas génant avec un pas de cinq minutes)

Il m’arrive, très exceptionnellement, et pratiquement toujours sur un seul enregistrement, près du lever ou du coucher, que Wswin m’indique du soleil par temps couvert.

Cela est toujours du au « bruit de fond ». C’est à dire quand, la température « au soleil » est légèrement supérieure à la température sous abri avant le lever du soleil.

Les deux sondes sont à des endroits différents et c’est normal que la nuit, elles ne soient pas toujours à la même température (bien que calibrées en moyenne à la même valeur)

On atteint là les limites de ce système différentiel, il faudrait que le deux sondes soient très proche l’une de l’autre (et c’est ça un pyranomètre, mon « pyranomètre » est en deux morceaux !)

Je suis donc très étonné du deuxième défaut que tu cites.
Je suppose que c’est avec un pyranomètre, or celui-ci doit donner beaucoup moins de bruit de fond qu’une température différentielle.

Je dirais, à priori, que cela peu se corriger en modifiant légèrement le coefficient.
Et cette modification ne jouera que très peu sur le reste de la journée pour la raison suivante.

N’oubliez pas que Wswin compare l’ensoleillement mesuré à l’ensoleillement théorique (dans un savant calcul, objet entre autre de mes questions à Werner, dans un autre post).

Près du lever et du coucher ces deux valeurs sont très faibles (rapport signal / bruit très mauvais) donc les réglages sont très pointus, ce qui n’est pas le cas le reste de la journée où une modification du coefficient aura une influence beaucoup moindre.

Dans l’exemple cité, où il y a des obstacles (ce cas est sûrement plus courant que le mien), il faut aussi que la course réelle du soleil soit parfaitement calée avec le calcul de Wswin.
Car au moment de la sortie su soleil de l’obstacle, il faut que l’ensoleillement théorique (c’est le tag %sunintenscur% ) corresponde exactement à la position réelle du soleil chez vous.

Et j’avoue que j’aimerai bien savoir comment vous vérifiez ça ?
Il faudrait mesurer la position du soleil à un instant donné et vérifier si cette position correspond au calcul de Wswin.
L’avez-vous fait ?

Une autre façon de faire et d’enregistrer la variable %sunintenscur% et de la tracer sur le même graphique que la courbe d’ensoleillement réel, et voir si elles sont parfaitement synchronisées.
C’est ce que j’ai fait ici, je vous montrerai des courbes (voir post ci-dessous).

J’insiste sur ce point qui est fondamental (Chrismargab en a fait l’expérience !)

Je pense aussi à autre chose :
Dans le cas des obstacles, le ciel et le paysage environnant commence à s’éclairer bien plus progressivement qu’un soleil qui se lève sur l’horizon lointain (ça se voit bien sur le graphique que tu nous montre), il est donc bien plus difficile à Wswin (dans cette zone de mauvais rapport S/N) de faire le bon rapport intensité mesurée / intensité théorique.
C’est aussi pour cela que Werner a prévu une neutralisation de la mesure avec le menu « Station météo / Sondes spéciales / Nuage ».

Pour le premier défaut cité (coupure du soleil en milieu de journée) ça ne m’est jamais arrivé (hors nuages).
Ca marche parfaitement bien ici.
(Et c’est, entre autre, pour cela que je me demande quelquefois si mon système ne marche pas mieux qu’un pyranomètre Davis ?)

Cette mesure de l’ensoleillement est bien complexe, mais passionnante !

mm91 · Message par **mm91** » 16 févr. 2008, 09:15

Voici un exemple du tracé de la courbe d'ensoleillement réel (température différentielle) avec sur le même graphique l'ensoleillement théorique calculé par Wswin (%sunintenscur%):
http://pagesperso-orange.fr/michel.mo/7 ... e_2007.pdf

jackT · Message par **jackT** » 16 févr. 2008, 09:35

mm91 a écrit : On atteint là les limites de ce système différentiel, il faudrait que le deux sondes soient très proche l’une de l’autre (et c’est ça un pyranomètre, mon « pyranomètre » est en deux morceaux !)
Je suis donc très étonné du deuxième défaut que tu cites.
Je suppose que c’est avec un pyranomètre, or celui-ci doit donner beaucoup moins de bruit de fond qu’une température différentielle.!

Lorsque le soleil se lève (ou se couche) et qu'il est masqué par un relief ou des nuages, un pyranomètre tel que celui de la Vantage Pro va toujours indiquer une valeur. Cette valeur n'est pas un bruit de fond, mais correspond à la valeur (faible il est vrai ) de rayonnement global mesuré à ce moment là.

mm91 a écrit :Je dirais, à priori, que cela peu se corriger en modifiant légèrement le coefficient.

Je pense que pour le problème cité ci-dessus, c'est plutôt la valeur à 0% qu'il faut corriger (en tout cas avec un pyranomètre). J'ai observé le même problème chez moi au coucher du soleil (avec un soleil masqué par le relief environ 2h avant le coucher du soleil).
Le rayonnement solaire mesuré par le pyranomètre était de 12 et 11 W/m2 au moment o?u les 2 minutes d'ensoleillement ont été calculées. En metteant une valeur de 15 W/m2 comme valeur à 0%, on évite ce problème.

mm91 a écrit :Dans l’exemple cité, où il y a des obstacles (ce cas est sûrement plus courant que le mien), il faut aussi que la course réelle du soleil soit parfaitement calée avec le calcul de Wswin.
Car au moment de la sortie su soleil de l’obstacle, il faut que l’ensoleillement théorique (c’est le tag %sunintenscur% ) corresponde exactement à la position réelle du soleil chez vous.

Je ne comprends pas bien ce que tu veux dire... La présence ou non d'un obstacle ne change rien. Un obstacle est l'équivalent d'un ciel nuageux au lever du soleil. Quand les nuages se dissipent il faut aussi que l'ensoleillement théorique corresponde à la position réelle du soleil...

mm91 a écrit :Une autre façon de faire et d’enregistrer la variable %sunintenscur% et de la tracer sur le même graphique que la courbe d’ensoleillement réel, et voir si elles sont parfaitement synchronisées.
C’est ce que j’ai fait ici, je vous montrerai des courbes.

Je n'ai pas encore fait une étude systématique avec mes données, mais j'ai observé récemment (fin janvier) lun décalage entre le calcul par wswin de l'élévation du soleil et celui de l'heure du lever du soleil.
Voici par exemple un tableau correspondant aux tags suivants : %ws_sunpos_el% (élévation) ;%sunstart%(seuil d'ensoleillement W/m2) et %curval[42]% (valeur mesurée de radiation solaire W/m2) pour le 29 janvier, avec une heure de lever du soleil calculée par wswin à 8h02:

Je m'attendais à ce que l'élévation calculée du soleil devienne positive à l'heure calculée du lever du soleil, mais celle-ci devient positive entre 8h07 et 8h08, soit plus de 5 minutes après l'heure de lever du soleil indiquée par wswin ....

jackT · Message par **jackT** » 16 févr. 2008, 13:43

Pour faire suite à mon message précédent, voici mes observations du 9 février 2008 en graphique et telles que je les ai communiquées sur le forum de wswin :

Lever du soleil

L''heure de lever du soleli calculée par wswin est 7h47, mais l'élévation du soleil (calculée aussi par wswin) ne devient positive qu'entre 7h52 et 7h53...

Coucher du soleil

Même problème ici, mais inversé : l'élévation du soleil calculée par wswin devient négative avant l'heure du coucher du soleil, calculée elle aussi par wswin...

Ces décalages peuvent en partie en tout cas expliquer les erreurs observées sur le calcul de l'ensoleillement au lever et coucher du soleil.

Je serais intéressé de savoir si le même décalage est calculé avec votre installation de wswin. Voici le fichier "template_day.txt" que j'ai utilisé pour produire ces graphiques : http://www.meteo-sciez.com/template_day.txt

Les données seront sauvées dans un fichier "soleil.csv", enregistré normalement dans le dossier "text" de wswin.
Le tag %curval[42]% est celui du rayonnement solaire mesuré par la Vantage, à remplacer par l'ID correspondant à votre configuration si vous avez une station différente.

Cordialement

Lud29 · Message par **Lud29** » 16 févr. 2008, 17:21

Bonjour à tous,

J’ai observé ce phénomène de minute au lever et au coucher pratiquement tous les jours de cette semaine sur ma station, mais aussi sur celle de mon voisin, Tudgur. (Pyranomètre Davis)

Exemple :

Paramétrage de Wswin :

Avec la configuration précédente et un pas de 1 minute, j’arrive à un total de 8H30 de soleil pour cette journée, la station MF de Brest/Guipavas à 6 km à vol d'oiseau affiche 9H06 pour le même jour.
Si je considérai que les minutes étaient manquantes dans Wswin j’arriverai à 9H46 ! Ces minutes aux extrêmes de la journée paraissaient de toute façon non justifiées, elles apparaissent alors que mon horizon ne permet pas au soleil d’atteindre la sonde! Pour supprimer ces ‘parasites’ sur toute la semaine il me faut renseigner le champ ‘valeur pour 0%’ à au moins 18W/m².
Après modification sur cette même journée mon résultat passe à 8H23.
Pour tester, j’ai petit à petit descendu l’indice de correction du soleil. Pour un indice de 0.373, je retrouve 8H30 de soleil, toutes les journées ensoleillées du matin au soir retrouvent des durées proches de celles que j’avais avant les modifications. Par contre, les premières journées du mois avec beaucoup de passages nuageux ont toutes gagné entre 5 et 12 minutes de soleil! Et là, impossible de vérifier si c’est correct...
Mais de combien est-il vraiment raisonnable de modifier cet indice de correction du soleil ? Car même après ces modifications, Wswin ne comptabilise toujours pas la totalité de l’ensoleillement ! :?
A noter qu’après l’abaissement de cet indice il m’a été nécessaire de remonter d’1W/m² le champ ‘valeur pour 0%’ pour faire disparaître la venue de nouvelles minutes de soleil ‘farfelues’.

Les resultats du "template_day.txt'' chez moi :

Avant modif.

Après modif.

A+
Ludovic

mm91 · Message par **mm91** » 16 févr. 2008, 18:37

Lorsque le soleil se lève (ou se couche) et qu'il est masqué par un relief ou des nuages, un pyranomètre tel que celui de la Vantage Pro va toujours indiquer une valeur. Cette valeur n'est pas un bruit de fond, mais correspond à la valeur (faible il est vrai ) de rayonnement global mesuré à ce moment là.

Je parle du signal du pyrano en l’absence totale de soleil (la nuit), même si le pyrano détecte les étoiles ou la lune, par rapport à la détection du soleil c’est équivalent à un bruit de fond.
Mais c’est juste une question de définition : remplace « bruit de fond » par « tout ce qui n’est pas du au soleil, même derrière un nuage ».

Je pense que pour le problème cité ci-dessus, c'est plutôt la valeur à 0% qu'il faut corriger (en tout cas avec un pyranomètre). J'ai observé le même problème chez moi au coucher du soleil (avec un soleil masqué par le relief environ 2h avant le coucher du soleil).
Le rayonnement solaire mesuré par le pyranomètre était de 12 et 11 W/m2 au moment o?u les 2 minutes d'ensoleillement ont été calculées. En metteant une valeur de 15 W/m2 comme valeur à 0%, on évite ce problème

Voir plus bas mon explication dans ma réponse à Lud 29 (que je suis en train d'écrire !)

Je ne comprends pas bien ce que tu veux dire... La présence ou non d'un obstacle ne change rien. Un obstacle est l'équivalent d'un ciel nuageux au lever du soleil. Quand les nuages se dissipent il faut aussi que l'ensoleillement théorique corresponde à la position réelle du soleil...

Oui, oui, d’accord et j’ai écrit « aussi »
Je veux dire que même au moment ou le soleil sort de l’obstacle il faut aussi que la course du soleil soit bien calée sur la valeur théorique calculée

jackT · Message par **jackT** » 16 févr. 2008, 18:44

Lud29 a écrit :...Par contre, les premières journées du mois avec beaucoup de passages nuageux ont toutes gagné entre 5 et 12 minutes de soleil! Et là, impossible de vérifier si c’est correct...
Mais de combien est-il vraiment raisonnable de modifier cet indice de correction du soleil ?

Bonjour Lud29, et merci pour tes graphiques.
Il faut je pense être prudent avec le changement du facteur de correction. Comme tu le fais remarquer, une modification peut corriger l'erreur visible au lever ou coucher du soleil, mais on ne sait pas quelles conséquences cela peut avoir sur une surestimation du calcul de l'ensoleillement durant des passages nuageux ou un ciel voilé en journée ...

Lud29 a écrit :. Car même après ces modifications, Wswin ne comptabilise toujours pas la totalité de l’ensoleillement ! :?

Juste après le lever du soleil, je remarque sur ta courbe de rayonnement solaire un point d'inflexion alors que la courbe du seuil d'ensoleillement calculée par wswin n'a pas ce point d'inflexion...(je ne peux malheureusement pas voir cela chez moi car je n'ai jamais le soleil en vue au lever et au coucher). La sousestimation vient de là. Ce point d'inflexion est peut être une caractéritique du pyranomètre Davis... A voir.

Je remarque aussi que chez toi aussi, wswin calcule un lever du soleil à 8h28, alors que l'élévation du soleil calculée aussi par wswin devient positive 5 minutes plus tard, vers 8h33.

mm91 · Message par **mm91** » 16 févr. 2008, 19:18

Il y a une chose qui me frappe, dans toutes vos courbes des watts / m² (%curval[42]% chez JackT) fournies par le pyrano Davis, c’est la forme gaussienne (éclairement progressif au lever du soleil, puis ensuite demie sinusoïde) alors que la forme théorique (%sunintenscur% ou %sunstart%) est une parfaite demi sinusoïde

Wswin cherche donc à comparer deux courbes qui n’ont pas la même forme.

Ceci n’est pas du tout le cas chez moi (système différentiel) comme on le constate ici :
http://pagesperso-orange.fr/michel.mo/7 ... e_2007.pdf
(je ne parle que de la zone près du lever / coucher du soleil)

Et j’ai peut-être une explication :

La surface sensible du pyrano Davis n’est-elle pas horizontale ? (la réponse à cette question est fondamentale)
(la mienne est verticale)

Si oui, dans ce cas, quand le soleil se lève, près de l’horizontale, pratiquement aucune énergie n’arrive sur cette surface.
Ce qui explique ce départ progressif, et bien entendu Wswin peut en conclure la présence de nuage puisque la courbe théorique, elle, démarre bien plus franchement.

Ce démarrage progressif se voit aussi bien à l’échelle normale (courbe de Lud29)
Qu’a l’échelle fortement grossie (courbe de JackT)

D’ailleurs les pyranomètres professionnels ont leur surface horizontale
( voir par exemple : http://www.promes.cnrs.fr/MOYENS/Statio ... ometre.htm

Ceci est logique : si on veut mesurer des watts / m² la surface doit être horizontale.
Pour preuve : au lever du soleil les watts / m² sont nuls puisque la surface éclairée par le soleil est infinie !

Si vous confirmez cela, ça signifie simplement que le pyranomètre Davis n’est pas adapté au calcul « avec correction de la position du soleil »

J’attends vos réponses avec impatience !
(je vois que JackT a mis le doigt sur le même proble de point d'inflection)

jackT · Message par **jackT** » 16 févr. 2008, 19:57

mm91 a écrit : La surface sensible du pyrano Davis n’est-elle pas horizontale ? (la réponse à cette question est fondamentale)
(la mienne est verticale)

Si oui, dans ce cas, quand le soleil se lève, près de l’horizontale, pratiquement aucune énergie n’arrive sur cette surface.
Ce qui explique ce départ progressif, et bien entendu Wswin peut en conclure la présence de nuage puisque la courbe théorique, elle, démarre bien plus franchement.

Oui mm91, la surface sensible du pyranomètre est horizontale, et le capteur est même pourvu d'un petit niveau à bulle et de vis de réglage pour pouvoir le positionner parfaitement horizontalement.

L'image n'est pas très grande (j'en ai pas trouvé d'autre), mais on voit en haut au centre la surface sensible claire du pyranomètre et en dessous le niveau à bulle.

Lud29 · Message par **Lud29** » 16 févr. 2008, 21:11

Il y aurait un test à faire, il faudrait diriger la sonde dans la direction du soleil au lever ou au coucher pour voir l’influence de la surface du capteur sur la courbe à ces moments…

Si vous confirmez cela, ça signifie simplement que le pyranomètre Davis n’est pas adapté au calcul « avec correction de la position du soleil »

Ça en a tout l’air !

Bonne soirée,
Ludovic

jackT · Message par **jackT** » 16 févr. 2008, 21:35

Lud29 a écrit :Il y aurait un test à faire, il faudrait diriger la sonde dans la direction du soleil au levé ou au couché pour voir l’influence de la surface du capteur sur la courbe à ces moments…
Si vous confirmez cela, ça signifie simplement que le pyranomètre Davis n’est pas adapté au calcul « avec correction de la position du soleil »
Ça en a tout l’air !

Bonne soirée,
Ludovic

Lud29,
Je viens soumettre la question sur le forum de Wswin- http://www.pc-wetterstation.de/forum/vi ... 0446#30446 -, et je me suis permis d'utiliser un de tes graphiques... J'espère que tu ne m'en veux pas...

Cordialement

Lud29 · Message par **Lud29** » 16 févr. 2008, 22:10

Lud29,
Je viens soumettre la question sur le forum de Wswin- http://www.pc-wetterstation.de/forum/vi ... 0446#30446 -, et je me suis permis d'utiliser un de tes graphiques... J'espère que tu ne m'en veux pas...

Tu as bien fait !
A+

jackT · Message par **jackT** » 16 févr. 2008, 22:35

mm91 a écrit : Si vous confirmez cela, ça signifie simplement que le pyranomètre Davis n’est pas adapté au calcul « avec correction de la position du soleil »

Une solution qui est proposée par Werner : ajouter une correction dans les réglages de la sonde solaire.

Par exemple, si la différence entre la courbe mesurée gaussienne et la courbe théorique sinusoidale est de 10 W/m2, une correction de + 11 (calibrage sonde + 11) pourrait corriger le problème. D'autre part, cette correction resterai négligeable en pleine journée. Dans ce cas, il faut mettre au moins la "valeur à 0%" à 11 w/m2.

C'est loin d'être parfait, mais à tester quand même!

mm91 · Message par **mm91** » 16 févr. 2008, 22:36

Bon, je suis assez content de ma découverte (surtout ne possédant pas de pyro Davis !).

Si vous confirmez mon explication, il se pose maintenant des tas de questions.

Lud29 : bonne idée, mais pas comme solution définitive car à midi tu n’auras plus rien !
C’est juste pour un test comme tu dis.

J’avais déjà mis le doigt sur ce problème avec ma sonde de température solaire, qui, elle, mesure plutôt des watts (et non des watts / m²) et j’avais vaguement conclu qu’il fallait qu’elle soit sphérique (surface au soleil constante).
Je vais approfondir la question et faire des essais.

Il est étonnant que ce problème ne soit pas connu sur le forum allemand. (et/ou que Werner n’ai pas réagi)

J’aimerai bien savoir ce qui se passe, avec vos sondes Davis, lorsque vous ne cochez pas l’option « correction position du soleil ».
Dans ce cas, est ce que le calcul se fait toujours par comparaison avec la courbe théorique calculée ? (avec ou sans les coefficients ?)

Cette comparaison est indispensable si l’on veut calculer la couverture nuageuse.

Petite remarque pour JackT : quand tu regardes très finement tes graphiques (ci-dessus), n’oublie pas que le soleil n’est pas un point :
Par exemple : sa position est peut-être la position de son centre, et l’heure de levée l’heure où il commence à apparaîtes.
A l’échelle de ton graphique ce n’est pas négligeable.

Les ordres de grandeur sont :
-Vitesse d’élévation moyenne du soleil : 360° / 24 heures = 15’ / minute (variable suivant les saisons)
- diamètre apparent du soleil = 30’

entre le début et la fin du lever il se passe donc en moyenne deux minutes et bien plus en hiver (certainement un sinus ou cosinus qui se ballade)

Mais suis-je bête, tu vas dans « météo / soleil/lune » et en bas tu vois s’incrémenter en direct la position du soleil !
je viens de regarder : il s’élève (s’abaisse) actuellement de 30’ en cinq minutes

Tiens, 5 mn ça me dit quelque chose, pas toi ?