Un piranometro a termopila è in grado di rilevare l’intero spettro solare che arriva sulla superficie terrestre, dall’ultravioletto (UV) al lontano infrarosso (FIR).
Questo può essere visto nella Fig.
1, dove l’area gialla rappresenta lo spettro solare di riferimento.
Questa peculiarità permette al piranometro di effettuare una misura accurata dell’irraggiamento solare sulla superficie terrestre (quantità espressa in W/m2), rendendolo così uno strumento unico per lo studio della meteorologia e dei cambiamenti climatici.
Un’altra caratteristica distintiva è la sua deriva molto bassa.
In un campo fotovoltaico, l’output restituito da un piranometro continuamente esposto al sole e al gelo rimane lo stesso per un tempo molto lungo.
Sono stati registrati scostamenti entro l’1% da quelli dei nostri piranometri a termopila di riferimento, installati sul sistema da 2 anni (SR20) (tale caratteristica è stata osservata sui piranometri dei migliori produttori).
Purtroppo, la risposta spettrale “piatta” del piranometro a termopila (vedi Fig. 1, curva a campana ciano) è un elemento che potrebbe ridurre l’accuratezza nella misurazione delle prestazioni di un impianto fotovoltaico.
Pensando alla teoria degli insiemi, assumiamo 3 insiemi: C ⋲ B ⋲ A come in Fig.2.
Lo spettro solare extra-atmosferico è il superinsieme A, l’ampia porzione di spettro (in questo caso le frequenze agiscono come elementi degli insiemi) che arriva sulla superficie terrestre è il sottoinsieme B, e la porzione di spettro (di nuovo, le frequenze) che può essere convertita in energia elettrica da un modulo fotovoltaico, è il sottoinsieme C. Supponendo che i sottoinsiemi B e C siano variabili nel tempo, un dispositivo in grado di identificare tutte le ricorrenze delle frequenze nell’insieme C in un dato momento, e solo quelle, deve essere selettivo.
Ciò significa che deve essere in grado di identificare le ricorrenze nell’insieme B per individuarle, altrimenti travisare qualsiasi valore misurato.
Supponiamo un sistema in grado di convertire solo gli elementi del sottoinsieme C in energia elettrica.
L’efficienza del Sistema è quindi data dalla relazione tra la misura della produzione di energia e la misura delle frequenze nel sottoinsieme C in un dato momento, cioè la potenza di quella porzione dello spettro solare.
Un piranometro per celle fotovoltaiche ha la stessa superficie ricevente di un modulo fotovoltaico – un vetro piano – ma la sua forza risiede nel possedere la stessa capacità ricettiva di un modulo fotovoltaico (risposta non lineare, vedi area rossa in Fig. 1).
Ciò significa che un piranometro a celle fotovoltaiche di qualità riceve l’intero spettro che può essere rilevato da un modulo fotovoltaico, e solo quello.
In questo modo, il sensore funge da riferimento di tutta la potenza di irraggiamento solare ricevubile da un modulo Si-cristallino.
La relazione tra la potenza di uscita (normalizzata a 1000) e il valore della sola potenza di irraggiamento permette la corretta misurazione delle prestazioni finanziarie dell’impianto fotovoltaico.
Pertanto, una deriva verso efficienze minori del sistema di alimentazione fotovoltaica potrebbe essere osservata da un sistema di monitoraggio dotato di un piranometro a celle fotovoltaiche con la precisione richiesta.
Al di là di queste premesse, c’è l'”assunto pragmatico” tra molti operatori del settore (O&M, Asset Manager, ecc.) che gli scostamenti tra i valori misurati di irraggiamento effettuati dai piranometri a termopila e da quelli a celle fotovoltaiche, si stabiliscano tra il 3% e il 6%.
Al contrario, i dati preliminari di uno studio con il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano mostrano come gli scostamenti varino tra il 3% e il 13%.
Naturalmente, questo non include momenti marginali come una brusca variazione dell’irraggiamento data dal passaggio delle nuvole, con un picco delle deviazioni fino all’80%.
Questo è comprensibile, considerando la differenza nella velocità di risposta tra i due tipi di sensori.
Anche al tramonto sono state osservate deviazioni superiori al 15% tra i due valori misurati di irraggiamento.
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.
