Nel monitoraggio fotovoltaico (PV), un sensore di irradianza è un dispositivo che misura la potenza solare (irradianza) che colpisce una superficie. Questa misurazione è essenziale perché le prestazioni di un sistema fotovoltaico dipendono direttamente dalla quantità di luce solare che riceve. Esistono due tipi principali comunemente utilizzati: il pyranometro e Cella di riferimento fotovoltaico.
A seconda della tecnologia di rilevamento utilizzata, i piranometri si dividono principalmente in due categorie: di tipo fotovoltaico e di tipo termopila.
| Caratteristica | Piranometro Fotovoltaico | Piranometro a Termopila |
|---|---|---|
| Tecnologia | Sensore al silicio | Termocoppia (basata sul calore) |
| Intervallo Spettrale | 400–1100 nm | 300–2800 nm |
| Tempo di Risposta | < 1 secondo | 5–20 secondi |
| Precisione | Molto alta per il monitoraggio FV | Molto alta per meteorologia e ricerca |
| Costo Tipico (2025) | €150 – €500 | €600 – €2.000+ |
| Caso d’Uso Ideale | Monitoraggio prestazioni FV | Ricerca scientifica, studi climatici, meteorologia |
Un pyranometro a termopila è in grado di rilevare l’intero spettro solare che raggiunge la superficie terrestre, dalla radiazione ultravioletta (UV) a quella infrarossa lontana (FIR). Questo è illustrato nella Fig. 1, dove l’area gialla rappresenta lo spettro solare di riferimento. Questa caratteristica permette al pyranometro di misurare con precisione l’irradianza solare sulla superficie terrestre (espressa in W/m²), rendendolo uno strumento essenziale per studi meteorologici e ricerche sul cambiamento climatico.
Un’altra caratteristica distintiva è la sua bassa deriva. In un campo fotovoltaico, il segnale di uscita di un pyranometro esposto continuamente alla luce solare e a condizioni di congelamento rimane stabile per un periodo di tempo molto lungo. Sono state osservate deviazioni entro l’1% rispetto ai valori registrati dai nostri pyranometri a termopila di riferimento (SR20), installati nel sistema per due anni. Questo livello di stabilità è stato riscontrato in pyranometri dei migliori produttori.
Tuttavia, la risposta spettrale piatta dei pyranometri a termopila (vedi Fig. 1, curva a campana ciano) può ridurre la precisione delle misurazioni quando si valuta la performance di un sistema fotovoltaico.
Un pyranometro fotovoltaico o sensore di irradianza al silicio ha la stessa superficie di ricezione di un modulo fotovoltaico, ovvero un vetro piatto, ma la sua forza risiede nel possedere la stessa capacità di ricezione di un modulo fotovoltaico (risposta non lineare, vedi l’area rossa nella Fig. 1).
Ciò significa che un pyranometro a cella fotovoltaica di alta qualità cattura l’intero spettro rilevabile da un modulo fotovoltaico e solo quello spettro. In questo modo, il sensore funge da riferimento preciso per tutta la potenza di irradianza solare che può essere ricevuta da un modulo a silicio cristallino.
Nel settore dell’energia solare, una “presunzione pragmatica” ampiamente accettata dai team di O&M, dai gestori di asset e da altri professionisti è che le deviazioni tra le misurazioni di irradianza dei pyranometri a termopila e dei pyranometri a cella fotovoltaica rientrino generalmente nell’intervallo del 3% – 6%. Questa presunzione ha guidato molte valutazioni operative e delle prestazioni, poiché suggerisce che i due tipi di sensori producano risultati abbastanza coerenti in condizioni tipiche
Confronto tra Pyranometro e Sensore di Irradianza PV
I primi risultati di uno studio condotto con il Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano mettono in discussione la norma comunemente accettata secondo cui le deviazioni tra i pyranometri a termopila e i dispositivi di riferimento PV (PVRD) rientrano solitamente nel range del 3%_6%. La ricerca indica che le deviazioni reali possono essere molto più ampie, variando dal 3% all’8%.
Ci sono diversi fattori chiave che contribuiscono a queste discrepanze:
È anche importante notare che queste deviazioni escludono casi estremi, come le fluttuazioni rapide dell’irradianza causate dal passaggio di nuvole, in cui le differenze tra le letture dei sensori possono aumentare fino all’80%. Questo sottolinea ulteriormente le difficoltà nel raggiungere misurazioni accurate e consistenti dell’irradianza in condizioni variabili all’aperto.
Inoltre, anche in condizioni più stabili, come durante il tramonto, sono state osservate deviazioni superiori al 15% tra i due sensori, illustrando ulteriormente le difficoltà nel garantire misurazioni precise dell’irradianza.
Questi risultati evidenziano l’importanza di considerare le caratteristiche dei sensori e i tempi di risposta quando si seleziona il dispositivo appropriato per il monitoraggio di impianti fotovoltaici. Mettono anche in evidenza i potenziali vantaggi dell’uso dei dispositivi di riferimento PV, che riflettono più accuratamente la risposta spettrale dei pannelli solari. Poiché i PVRD offrono una migliore correlazione con la produzione effettiva di energia, potrebbero contribuire a ridurre l’incertezza nelle misurazioni e migliorare la precisione del monitoraggio delle prestazioni negli impianti fotovoltaici.
I tre grafici sottostanti mostrano la variazione percentile dell’irraggiamento rilevata da un piranometro a termopila e da un piranometro a celle fotovoltaiche monocristalline.
Attualmente, stiamo analizzando questi dati con uno spettrofotometro con il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano.
Noi di Soluzione Solare aiutiamo professionisti e aziende a scegliere, installare e mantenere sensori di radiazione solare di alta qualità per un monitoraggio affidabile delle prestazioni energetiche.
