La superficie del Sole (o fotosfera), ha una temperatura di circa 6000K e il suo comportamento si avvicina a quello di un “corpo nero”.
Considerando ciò, è possibile calcolare la potenza totale emessa dal Sole in circa 9,5×1025W.
Questa potenza totale emessa dal Sole non è composta da una singola lunghezza d’onda, ma da molte.
Inoltre, solo una frazione della radiazione solare raggiunge la Terra.
L’energia media irradiata dal Sole per unità di tempo su una superficie normale situata al di fuori dell’atmosfera terrestre è chiamata costante solare e il suo valore medio è di circa Ics = 1353 W/m2.
La presenza dell’atmosfera ha però effetti diversi sulla radiazione che raggiunge la superficie terrestre.
La radiazione subisce una riduzione di potenza dovuta all’assorbimento, alla dispersione e alla riflessione nell’atmosfera.
Anche il contenuto spettrale della radiazione solare cambia a causa dell’aumento dell’assorbimento o della dispersione subita dalle lunghezze d’onda lunghe.
Inoltre, ci sono componenti di radiazione diffusa e indiretta.
Il risultato di tutto ciò è che la radiazione totale che raggiunge la superficie terrestre ha meno forza: circa 1000W/m2 di potenza e una distribuzione spettrale alterata.
La produttività di una cella solare dipende da diversi fattori.
Prima di tutto, una cella solare non risponde in modo coerente a tutte le frequenze della radiazione incidente.
L’efficienza di una cella al silicio è massima nella gamma di frequenza della luce visibile.
In secondo luogo, la produttività di una cella solare e di conseguenza di un impianto fotovoltaico dipende dalla radiazione incidente che colpisce la sua superficie.
C’è un altro effetto che influenza le prestazioni di un impianto fotovoltaico: la temperatura.
Come tutti gli altri strumenti a semiconduttore, le celle solari sono sensibili alla temperatura.
Un aumento della temperatura riduce la “banda proibita” di un semiconduttore che influisce sulla maggior parte dei suoi parametri.
L’alta temperatura provoca una riduzione della produzione di energia di un impianto fotovoltaico.
Poiché la produzione di energia (e il costo) di un impianto fotovoltaico è una funzione prevedibile di questi fattori, un calo imprevisto della produzione di energia deve essere interpretato come un guasto o un guasto e affrontato.
Quindi, per sapere in un dato momento quanta energia dovrebbe produrre un impianto fotovoltaico, è necessario sapere quanta energia sta raggiungendo la superficie dei moduli fotovoltaici in un dato momento.
Sarebbe più utile sapere quanta radiazione solare (le celle al silicio sono sensibili alla lunghezza d’onda 300nm-1100nm) raggiunge i moduli fotovoltaici, in modo da sapere quanta energia l’impianto fotovoltaico dovrebbe produrre in ogni momento.
I sensori per la misurazione della radiazione solare sono in grado di rilevare la quantità di radiazione solare che raggiunge il luogo in cui sono installati.
Per fare questo ci sono essenzialmente 2 tipi di dispositivi: il solarimetro e il piranometro.
Un solarimetro (o piranometro a celle di silicio), è uno strumento utilizzato per misurare il flusso della radiazione solare.
Utilizza l’effetto fotovoltaico per misurare la quantità di radiazione solare che raggiunge una determinata superficie.
Un solarimetro che utilizza l’effetto fotovoltaico ha la stessa risposta di un impianto fotovoltaico: produce un segnale elettrico in funzione della luce incidente.
Risponde principalmente alla luce visibile e la sua emissione dipende dalla temperatura della cella.
Cattura le onde luminose da circa 330 nm a 1100 nm.
Per ottenere una lettura indipendente dalla temperatura, i valori misurati da un solarimetro a celle fotovoltaiche devono essere corretti per compensare la temperatura.
Questa misurazione può essere effettuata grazie a una termocoppia.
Il fattore di regolazione deve avere livelli di precisione elevati.
I piranometri sono strumenti utilizzati per misurare la radiazione globale su una superficie (sia diretta che diffusa).
Funzionano misurando la differenza tra la temperatura di una superficie chiara e luminosa e quella scura.
Una superficie scura può assorbire la maggior parte della radiazione solare mentre una superficie chiara tende a rifletterla, assorbendo meno calore.
Questa differenza di temperatura viene misurata utilizzando una termopila e la differenza di potenziale generata nella termopila* (dovuta al gradiente di temperatura tra le due superfici) consente la misurazione della radiazione solare incidente globale.
La risposta di questo tipo di piranometro può coprire l’intera gamma di lunghezze d’onda dello spettro solare: da 300 nm a 2800 nm.
Si noti che la gamma spettrale rilevabile da un piranometro è più ampia di quella misurabile con un solarimetro a celle di silicio.
Per questo motivo, l’utilizzo di un piranometro per testare il corretto funzionamento e le prestazioni di un impianto fotovoltaico potrebbe portare a pensare che l’impianto non funzioni correttamente in determinate condizioni ambientali.
Invece, con un solarimetro a celle di silicio, i valori dati vengono sincronizzati con l’impianto poiché la porzione spettrale necessaria per il funzionamento di un impianto fotovoltaico è la stessa di quella misurata con questo dispositivo.
Inoltre, la risposta di un piranometro è molto più lenta (decine di secondi) rispetto alla risposta di un solarimetro a celle di silicio (meno di un secondo).
* Una termopila è solitamente una serie di termocoppie collegate.
Una termocoppia è una giunzione tra due metalli diversi utilizzata per misurare la differenza di temperatura tra due punti.
La termocoppia produce un potenziale dipendente dalla temperatura.
