Ultimo aggiornamento 1 LUG 2022

L’importanza di un vetro fotovoltaico in un sensore di irradianza

Il sensore d’irradianza Sunmeter Pro consente di calcolare le prestazioni di un impianto fotovoltaico con una precisione intorno al 2%!

Il vetro fotovoltaico del Sunmeter Pro

In un precedente articolo abbiamo descritto il vetro fotovoltaico, uno dei componenti peculiari  di Sunmeter Pro prodotto da Soluzione Solare.

Si tratta di un vetro fotovoltaico, un vetro microprismatico specificatamente impiegato nella produzione di moduli fotovoltaici. Nello stesso articolo abbiamo anche evidenziato che il vetro fotovoltaico determina un aumento della produzione di energia poiché esso permette di fare arrivare una maggior quota di radiazione solare alla cella fotovoltaica sottostante  grazie alla sua superficie microprismatica e antiriflesso il cui effetto è tanto più importante quanto minore è l’angolo di incidenza della radiazione solare rispetto alla superficie della cella fotovoltaica.

Inoltre, abbiamo dichiarato che utilizzando questo tipo di vetro anche nel sensore di irradianza le misurazioni del Performance Ratio (P.R.) degli impianti fotovoltaici sono più accurate rispetto ad un vetro non microprismatico anche se esso fosse ad alta trasparenza.  Scegliendo infatti di utilizzare lo stesso vetro fotovoltaico è evidente che la trasmissione dei fotoni viene aumentata e pertanto aumenta anche la produzione di elettroni, ovvero di energia elettrica, sia per il pannello fotovoltaico sia per il sensore.

In questo secondo articolo mostreremo i risultati delle misurazioni reali sul campo, fornendo supporto quantitativo alla nostra affermazione.

Misure di irraggiamento per 3 Sunmeter Pro in rosso, giallo e verde (con cella fotovoltaica laminata su vetro fotovoltaico) rispetto ad un sensore Competitor in blu (con cella fotovoltaica stratificata su vetro liscio) in funzione del tempo.

Possiamo dimostrare che il vetro fotovoltaico di Sunmeter Pro è migliore?

In questo articolo confronteremo le prestazioni dei sensori di irraggiamento con il vetro liscio ad alta trasparenza e il nostro sensore di irraggiamento con il vetro fotovoltaico. Prima di tutto, ci riferiamo alle figure 1 e 2, in cui l’asse X rappresenta l’ora (durante le ore diurne) e l’asse Y l’irradianza (potenza ricevuta in un dato istante in una data area) in W/m 2. Le prestazioni dei Sunmeter Pro sono rappresentate dalle tracce rosse, gialle e verdi; il sensore del concorrente viene mostrato con la linea blu.

Misure di irraggiamento per 3 Sunmeter Pro in rosso, giallo e verde (con cella fotovoltaica laminata su vetro fotovoltaico) rispetto ad un sensore Competitor in blu (con cella fotovoltaica stratificata su vetro liscio) in funzione del tempo. La finestra temporale è stata ridotta rispetto alla figura 1 per rimuovere l’effetto dei rami degli alberi che generano ombre.

Possiamo osservare che, nella zona indisturbata della finestra intorno alle 12:00, l’irradianza registrata dai nostri sensori è costantemente simile alla concorrenza. In particolare (Figura 3), possiamo notare che i valori di irradianza nell’arco temporale intorno alle 12:00 sono simili – le due tracce si sovrappongono – ma divergono con l’aumentare dell’angolo di incidenza dei raggi solari.

• Il sensore del concorrente tra le 13:08 e le 13:20 misura in media il 2,7% in meno del Sunmeter·  
• Il sensore del concorrente tra le 13:30 e le 13:45 misura in media il 3% in meno del Sunmeter
• Il sensore del concorrente intorno alle 14:00 misura in media il 4% in meno del Sunmeter
• Il sensore del concorrente circa 14:20 misura in media il 4,5% in meno del Sunmeter
• Il sensore del concorrente tra le 14:30 e le 15:00 misura in media il 5,5% in meno del Sunmeter

Inoltre, poiché il campo di test non era un ‘campo ideale’ a causa delle ombre dei rami degli alberi al mattino prima delle 10:10 e poi di nuovo dopo le 15:20, abbiamo eseguito una regressione di secondo ordine su entrambe le curve rosse e blu e le abbiamo estrapolate alle 16:15 (Figura 4). Possiamo quindi stimare la differenza tra le due curve alle 16:00 che è di 52 W/m2.

Misure di irraggiamento per Sunmeter Pro in blu (con cella fotovoltaica laminata su vetro fotovoltaico) rispetto ad un sensore Competitor in rosso (con cella fotovoltaica stratificata su vetro liscio) in funzione del tempo. La finestra temporale è stata ridotta rispetto alla figura 1 per rimuovere l’effetto dei rami degli alberi che generano ombre.

Le curve blu e rosse sono state interpolate all’interno di questa finestra temporale ed estrapolate per ottenere valori di irradianza fino alle 16:00. Ecco anche un estratto della tabella delle misurazioni da una finestra temporale nel mezzo della giornata con tutti i sensori inclusi.

Clicca sul link di seguito per effettuare il download della tabella integrale: Compar_PVGlass-GlossyGlass_250319_093417

Conclusione

La misura del P.R. di un impianto fotovoltaico presenta una analogia con la misura della performance di un fondo di investimento.

Quando si misura la performance di un fondo di investimento in un determinato portafoglio azionario, il benchmark deve appartenere allo stesso portafoglio azionario.

Analogamente, per la misura della P.R. di un impianto FV per ottenere risultati accurati sarà necessario utilizzare un sensore di irradianza costruito con gli stessi materiali dei moduli fotovoltaici. Dato che questi moduli generano energia elettrica convertendo l’energia della radiazione elettromagnetica solare, trasportata dai fotoni, è evidente che le caratteristiche  ottiche, di trasmissione dei fotoni, sono gli elementi chiave che determinano la produzione di energia elettrica. Nello specifico, se incapsuliamo la cella del sensore di irraggiamento con un vetro diverso dal vetro fotovoltaico, la conseguenza non potrà essere altra se non che le misure ottiche (fotoniche) risultanti saranno diverse. Tale differenza non è stimabile con un valore % predeterminato, ovvero compensata con fattori correttivi, in quanto dipendente dall’angolo di incidenza e dalle condizioni meteorologiche, pertanto variabile sia nell’arco del singolo giorno sia delle stagioni. 

In conclusione, in questo articolo abbiamo effettuato osservazioni quantitative che ci permettono di affermare che quando il sole è basso sull’orizzonte la riflettività di un vetro non fotovoltaico permetterà che meno fotoni entrino nella cella del sensore, con conseguente riduzione della misura del valore dell’irradianza. Di conseguenza la performance sarà sovrastimata perché è sottostimata l’irradianza della radiazione solare ovvero la potenza della radiazione solare disponibile per essere convertita in potenza elettrica. L’errore sarà maggiore quanto più basso è il sole all’orizzonte, ovvero più lontano dalla perpendicolare alla superficie del modulo fotovoltaico.

Quali sono le altre caratteristiche interessanti dei sensori Sunmeter pro irradiance?

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