Mesure précise du rayonnement solaire avec Arduino UNO et shield Ethernet

Composants et fournitures

Composant	Quantité
Arduino UNO	1
Shield Ethernet Arduino 2	1
Cellule solaire	1
Résistance 10 kΩ	1

Outils nécessaires

• Multimètre numérique

À propos de ce projet

Contexte

Il existe de nombreux capteurs pour la température, l'humidité, la luminosité… mais pas de capteur abordable pour le rayonnement solaire (irradiance). Les pyranomètres professionnels coûtent 200–800 $, même chez les fournisseurs chinois. Inaccessibles pour le hobbyiste moyen.

Je voulais estimer l'énergie solaire disponible chez moi avant d'acheter des panneaux. Au lieu d'acheter un pyranomètre, j'ai construit le mien : beaucoup moins cher, et amusant ! Composants courants, Arduino pour les calculs.

Montage

1. La cellule solaire a deux fils (noir = masse, rouge = tension). Si codes couleurs différents, testez au multimètre : tension positive = fil noir du multimètre sur la masse de la cellule.
2. Connectez la masse de la cellule → GND Arduino. Le fil VCC → broche analogique A0 via la résistance 10 kΩ. La résistance est cruciale : elle doit être bien supérieure à la résistance interne de la cellule.

Le principe : la cellule convertit l'énergie solaire en tension électrique. Plus l'irradiance est forte, plus la tension est élevée. Relation directement proportionnelle.

Paramètres nécessaires :

• Tension de référence analogique Arduino = 5 V (peut varier)
• Tension max de votre cellule solaire (à vérifier, ~5 V pour cellule de calculatrice)
• Dimensions de la cellule (règle : longueur × largeur pour la surface)

Calculs :

• Puissance = (analogRead(A0)²) / Résistance
• Surface = longueur × largeur (en m²)
• Rayonnement solaire = Puissance / Surface (W/m²)

Code exemple (Pyranomètre basique)

#define ANALOG_PIN A0
#define RESISTANCE 10        // en kΩ
#define PANEL_LENGTH 60      // mm
#define PANEL_WIDTH 20       // mm

volatile float Area;
volatile float Power;
volatile float Radiation;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while(!Serial);
  delay(100);
}

void loop() {
  Area = PANEL_LENGTH * PANEL_WIDTH / 10000.0;  // m²
  Power = pow(analogRead(ANALOG_PIN), 2) / RESISTANCE;
  Radiation = Power / Area;

  char msg[64];
  sprintf(msg, "Rayonnement solaire : %.2f W/m2", Radiation);
  Serial.println(msg);
  delay(1000);
}

Valeurs typiques : 150–300 W/m² jour normal, jusqu'à 900 W/m² par temps très ensoleillé ou près de l'équateur.

Ajout de la connectivité Ethernet

Montez le shield Ethernet sur l'Arduino, broches alignées. Le code ci-dessous héberge un mini serveur web qui affiche la valeur et rafraîchit toutes les 5 s.

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>

#define ANALOG_PIN A0
#define RESISTANCE 10
#define PANEL_LENGTH 60
#define PANEL_WIDTH 20

volatile float Area, Power, Radiation;

byte mac[] = {0xDE, 0x0D, 0x8E, 0xEF, 0xFE, 0xED};
IPAddress ip(192, 168, 1, 177);
EthernetServer server(80);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);
  Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  Serial.print("Serveur à "); Serial.println(Ethernet.localIP());
}

void loop() {
  Area = PANEL_LENGTH * PANEL_WIDTH / 10000.0;
  Power = pow(analogRead(ANALOG_PIN), 2) / RESISTANCE;
  Radiation = Power / Area;

  char msg[64];
  sprintf(msg, "Rayonnement solaire : %.2f W/m2", Radiation);

  EthernetClient client = server.available();
  if (client) {
    Serial.println("Nouveau client");
    boolean currentLineIsBlank = true;
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        char c = client.read();
        Serial.write(c);
        if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {
          client.println("HTTP/1.1 200 OK");
          client.println("Content-Type: text/html");
          client.println("Connection: close");
          client.println("Refresh: 5");
          client.println();
          client.println("");
          client.println("");
          client.print(msg);
          client.println("
");
          client.println("");
          break;
        }
        if (c == '\n') currentLineIsBlank = true;
        else if (c != '\r') currentLineIsBlank = false;
      }
    }
    delay(1);
    client.stop();
    Serial.println("Client déconnecté");
  }
}

Schéma

Schéma de la cellule solaire, résistance et connexions (image fournie).