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Una trattazione approfondita di comparazione tra le due tecnologie di Piranometri in uso
Qualità intrinseche del piranometro a termopila e del piranometro a cella fotovoltaica
Per comprendere le diverse potenzialità tra un piranometro a termopila ed uno a cella fotovoltaica è necessario fare una rapida premessa. Il classico piranometro a termopila utilizza due serie di termocoppie per misurare la differenza di temperatura tra la serie esposta al sole e quella all’ombra. Questo consente di ottenere misure estremamente lineari su una banda molto ampia dello spettro solare rendendolo uno strumento di misura ideale per le stazioni metereologiche.
Un piranometro ad effetto fotovoltaico è invece basato su una cella fotovoltaica e pertanto risulta più adatto a monitorare con accuratezza le performance di un impianto fotovoltaico. I motivi sono essenzialmente due:
- Misura la stessa banda di spettro solare che un modulo FV è in grado di convertire in energia elettrica. Al contrario, l’ampia banda di spettro misurata da un piranometro a termopila non potrà mai essere convertita in energia da una cella in silicio cristallino.
- La superficie captante è piana come quella di un modulo fotovoltaico (e addirittura può avere un vetro per moduli FV). Un piranometro a termopila invece ha una superficie captante emisferica.
Grafico A: spettro di lettura di un piranometro a termopila (area in giallo).
Grafico B: spettro di lettura di un piranometro a cella fotovoltaica (area in giallo), corrispondente allo spettro che un modulo fotovoltaico è in grado di convertire in energia.
Piranometro a cella FV e fotovoltaico: l’accoppiata ideale
In sostanza un Piranometro a cella fotovoltaica consente una maggiore accuratezza nel calcolo delle performance di un impianto fotovoltaico per il semplice fatto che esso, comportandosi come un modulo FV ideale, restituisce il massimo valore di energia producibile.
Una lettura più ampia dello spettro non solo risulta inutile ma può inficiare la valutazione sull’effettiva efficienza dell’impianto. A titolo di esempio si pensi ad un visore a infrarossi che rilevi uno spettro più ampio dell’infrarosso: la sua utilità sarebbe scarsa perchè non permetterebbe di vedere chiaramente le sagome proprio definite dall’infrarosso.
Significativo anche il fatto che il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, per caratterizzare le celle FV e calcolarne la potenza, usi come riferimento un sensore a cella fotovoltaica sviluppata secondo gli standard internazionali della World PV Scale (WPVS). Il World PV Scale Standard (WPVS) è uno standard riconosciuto a livello internazionale per la taratura di celle di riferimento utilizzate nella caratterizzazione di celle e moduli solari. Tali celle vengono usate per tarare i sensori di irradianza che contengono celle fotovoltaiche. Facciamo notare che per ottemperare allo standard WPVS e alla norma IEC 60904-2, le celle contenute nei sensori di irradianza devono soddisfare una vasta gamma di criteri ottici, elettrici, e fisici ed essere tarate secondo la norma standard internazionale IEC 60904-2.Approfondimenti
Approfondimenti sul CalLab (laboratorio del Fraunhofer Institute che si occupa di caratterizzazione e taratura di celle e moduli fotovoltaici).
Maggiori approfondimenti si possono vedere nel report “Analytical Monitoring of Grid-connected PV Systems” della I.E.A. (2014) Al capitolo 1.2 vi è una comparazione tra l’uso di un piranometro a termopila e un piranometro a cella fotovoltaica (lì chiamato Si sensor).
Interessante è anche la pubblicazione del NREL National Renewable Energy Laboratory, “Pyranometers and Reference Cells: Part 2: What Makes the Most Sense for PV Power Plants?” (2012)
Infine consigliamo la lettura del Nostro documento “Piranometri Fotovoltaici Vs. Piranometri a Termopila” (2020)
[1] Deriva strumentale: è una variazione nel tempo di un’indicazione strumentale dovuta a variazioni
[1] Deriva strumentale: è una variazione nel tempo di un’indicazione strumentale dovuta a variazioni
Piranometri
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Sensori di temperatura