La modélisation du flux radiatif solaire au sol ou sur une façade est conçue avec Heliodon. Elle permet le calcul du rayonnement solaire direct théorique pour un ciel sans nébulosité en intégrant le facteur orographique (les reliefs internes et externes à une commune, un tissu urbain ou une parcelle) puis le facteur bâti en cumulant les deux facteurs (le facteur végétal peut être ensuite intégré). Plus précisément, il s'agit du calcul de l'irradiation au sol ou sur une façade en puissance moyenne W/m² ou en énergie cumulée kWh/m² ainsi que du calcul de l'insolation (durée d'ensoleillement) en heure et minutes de ce rayonnement solaire direct. Ce calcul se réalise au cours d’une durée centrée sur une date, par exemple, le solstice d’hiver centré sur le 21 décembre pour une période quotidienne de calcul, par exemple de 9h00 à15h00 en heure solaire vraie où 90 % des apports solaires en hiver interviennent (ou, par exemple, le solstice d'été centré sur le 21 juin pour une période quotidienne de calcul plus longue). Sans prise en compte de l’orientation du sol, il s’agit du flux radiatif solaire maximal, avec prise en compte l’orientation du sol du flux radiatif solaire réel.
Il faut rappeler qu'un rayonnement solaire global comprend non seulement le rayonnement direct mais également le rayonnement diffus ; rayonnement diffus qui peut représenter 50 % du rayonnement global lorsque le soleil est bas sur l’horizon et 100 % pour un ciel entièrement couvert. Dans une station météorologique, le flux radiatif solaire est mesurée sous sa forme globale (rayonnement solaire direct + rayonnement solaire diffus) par un capteur horizontal placé à un mètre du sol sans seuil minimal d’énergie reçue.
La durée effective d’insolation en un lieu est la durée d’exposition au rayonnement solaire direct d’éclairement supérieur à 120 W/m² (ombres portées nettement dessinées) soumise aux seuls trois paramètres suivants : différence entre lever et coucher du soleil due à la latitude du lieu (durée astronomique d’insolation) ; altitude et topographie du lieu (durée géographique d’insolation qui module la durée astronomique d’insolation) ; couverture nuageuse (nébulosité) à un moment donné (durée effective d'insolation). La durée effective d’insolation ne peut donc pas être calculée mais uniquement mesurée chaque jour en un lieu.
Dans la modélisation avec Heliodon, sans prise en compte de l'orientation du sol, le sol constitue un capteur virtuel non directionnel qui capte alors le flux solaire maximal à un endroit donné, flux que l’on pourrait, par exemple, récupérer avec un panneau solaire orientable qui suivrait également la course du Soleil (flux radiatif solaire maximal). Dans les cartographies des flux solaires maximaux au sol intégrant le facteur orographique pour une durée donnée, les différences d'irradiation en puissance moyenne au sol ou en énergie cumulée calculées entre différents secteurs d’une commune proviennnent des seuls masques solaires orographiques que ces secteurs subiront puisque le flux solaire au sol sera le même entre ces secteurs (flux solaire maximal). Ces cartographies révèlent les secteurs souffrant d’occultations orographiques.
Dans la modélisation avec Heliodon, avec prise en compte de l'orientation du sol, il s'agit du calcul du flux solaire non maximal mais bien réel car tenant en compte l’angle d’incidence des rayons solaires au sol (flux radiatif solaire réel). Dans les cartographies des flux solaires réel au sol intégrant le facteur orographique pour une durée donnée, les différences d'irradiation en puissance moyenne au sol ou en énergie cumulée calculées entre différents secteurs d’une commune proviennent des masques solaires que ces secteurs subiront mais également de l’angle d’incidence du rayonnement solaire direct au sol. C’est ainsi que ces cartographies figurent les secteurs souffrant d’occultations mais révèlent les secteurs non occultés favorables à l’angle d’incidence des rayons solaires (à la faible incidence en hiver).
Afin de mieux calculer l'irradiation au sol potentiellement exploitable en hiver, la période quotidienne de calcul est également prise en compte.
L’irradiation (en W/m² ou en kWh/m²) et l'insolation au sol pour différentes durées (de 31 à 91 jours, soit un à trois mois ou une autre durée quelle qu'elle soit) centrées sur le 21 décembre (ou le 21 juin une autre date quelle qu'elle soit) sont ainsi restitués sous la forme de cartes. Or l'irradiation au sol reste subordonné non seulement à la durée d’insolation (masques solaires et nombre de jours cumulés), aux heures d’insolation (le soleil est moins chaud aux lever et coucher parce que les rayons traversent une plus grande épaisseur d’atmosphère) et aux saisons (les rayons du Soleil plus bas en hiver traversent également une plus grande épaisseur d’atmosphère) mais également à l’orientation (dont inclinaison) du sol. En effet, pour les mêmes durées, heures et saisons d’insolation, un sol horizontal recevra moins d’énergie solaire qu’un sol incliné au sud parce que la densité énergétique solaire que reçoit une surface dépendra de l’angle d’incidence des rayons solaires avec ce sol : plus les rayons arrivent perpendiculairement au sol plus la densité énergétique reçue au sol sera forte.
