Strumenti per la misura dell’irraggiamento solare nel settore delle energie rinnovabili

Negli ultimi anni stiamo assistendo ad una crescente domanda per la realizzazione di impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili.

Molti sforzi sono profusi per la produzione di energia dalla luce solare; solare Fotovoltaico e solare Termico.

Una accurata misura dell’irraggiamento solare è fondamentale per la corretta scelta del modulo fotovoltaico il suo orientamento ed il suo posizionamento. In luoghi montani, ma questo è vero in generale, dove possono essere presenti problemi di ombreggiamento la posizione dell’impianto deve essere decisa con cura per garantire la massima efficienza del sistema utilizzato. Solo una campagna di misura con strumenti adeguati garantisce l’univocità dei risultati e quindi l’efficacia dell’investimento fatto.

Contemporaneamente all’irraggiamento solare altri parametri di interesse per gli impianti fotovoltaici sono:

la temperatura dei pannelli legata all’effettivo rendimento del sistema;

la velocità dell’aria per un corretto dimensionamento delle strutture di supporto;

le precipitazioni per pianificare la pulizia dei pannelli e quindi mantenerli in piena efficienza.

DeltaOhm è in grado di fornire strumenti per la misura di tutti i parametri sopra elencati.

Per la misura dell’irraggiamento solare DeltaOhm, oltre alle sonde di temperatura, anemometri e pluviometri, offre una serie completa di piranometri in linea con i principali organismi classificatori:

Per il monitoraggio dell’efficienza degli impianti (di medio piccole dimensioni) nel tempo è consigliato l’utilizzo di un piranometro di II° classe.

Per il monitoraggio dell’efficienza degli impianti (di medio grandi dimensioni) nel tempo è consigliato l’utilizzo di un piranometro di I° classe. Questo strumento può essere utilizzato anche per campagne di misure atte ad ottimizzare l’orientamento e posizionamento degli impianti fotovoltaici.

Per lo studio di fattibilità di grandi impianti fotovoltaici per stabilire orientamento e posizionamento e per la misura continua dell’efficienza dell’impianto, è consigliato l’utilizzo di un piranometro Secondary Standard.

I piranometri di I° e II° classe, nella versione speciale portatile con un connettore specifico, abbinati a strumentazione portatile (per esempio all’indicatore HD2302.0 o al multiparametrico a tre canali registratore DO9847), sono consigliati anche per gli installatori di pannelli che vogliono eseguire una verifica rapida del corretto funzionamento dell’impianto istallato.

Istallazione del piranometro.

Il piranometro va montato su un piano parallelo al modulo che si intende valutare. Per piccoli impianti dove tutti i pannelli hanno lo stesso orientamento e sono distribuiti su una piccola area (decine di metri quadri) è sufficiente l’utilizzo di un solo piranometro.

Quando il campo fotovoltaico e grande è allora necessario prevedere l’utilizzo di più piranometri, in particolare se le varie parti del campo hanno orientamento (o inclinazione) differenti. In questo caso è opportuno utilizzare un piranometro per ciascuna orientazione utilizzata.

Non è necessario lo schermo di protezione della radiazione diffusa in quanto si vuole misurare tutta la radiazione totale che arriva al pannello.

L’efficienza dei piranometri di più alta qualità è subordinato alla manutenzione che viene fatta sugli strumenti stessi. Tutti i piranometri hanno una cupola esterna in vetro speciale che ha lo scopo di proteggere il sensore dagli eventi atmosferici. Quanto più la cupola è pulita quanto più le misure ottenute saranno corrette (così come il rendimento dei pannelli cala se questi sono sporchi).

Per i piranometri di II° classe e Secondary Standard, è anche prevista una cartuccia di Sali da sostituire con periodicità. Atta ad evitare la formazione di umidità all’interno della cella di misura coperta dalla cupola in vetro.

Una periodica pulizia e manutenzione del piranometro è il modo migliore per ottenere misure accurate a prescindere dalla classe di appartenenza del piranometro utilizzato.

Se per il solare termodinamico l’unico strumento offerto dal mercato è il piranometro, per il solare fotovoltaico si trovano in commercio celle di riferimento e “solarimetri” (strumenti che utilizzano sensori al silicio, lo stesso componente usato per la produzione del pannello fotovoltaico).

L’utilizzo di un piranometro offre una accuratezza di misura molto maggiore dei sistemi con sensore al silicio. Vediamo i principali motivi per cui un piranometro è più indicato rispetto ad una cella di riferimento/solarimetro che utilizza sensori al silicio.

1. Per prima cosa c’è da osservare che la misura eseguita da un piranometro è indipendente dalla temperatura dello strumento cosa non vera per una cella di riferimento al silicio, pertanto per avere una misura corretta con la cella di riferimento è necessario applicare una correzione in funzione della temperatura. Ovviamente il limite di temperatura incide maggiormente sulla misura tanto più si scalda il sensore che comunque perde linearità nella misura anche se questa viene compensata elettronicamente.

2. Il 97% circa dell’energia solare è compresa nell’intervallo spettrale che va da 300nm-3000nm pertanto per misurare correttamente l’efficienza di un impianto è necessario uno strumento che abbia una risposta piatta in tutto questo intervallo spettrale, infatti nei calcoli dell’efficienza è necessario conoscere l’energia totale che arriva sul pannello indipendentemente dalla sua lunghezza d’onda.

Lo spettro della luce che raggiunge il pannello dipende dalle condizioni di cielo nel momento della misura e cambia in base alla presenza di agenti inquinanti, foschia o cielo parzialmente nuvoloso.

Se la misura è eseguita con una cella campione che ha un campo spettrale limitato (tipicamente 400nm-1050nm) si possono commettere errori molto grandi nella misura dell’irraggiamento solare (> 10%-30%).

3. Altra fonte di errore nell’uso delle celle campione è la loro risposta in funzione dell’angolo che non è Lambertiano (Legge del coseno). In questo caso il valore misurato è sempre inferiore a quello effettivo per l’incapacità della cella a misurare la luce che non incide perpendicolarmente sulla sua superficie.

4. In generale i sensori che utilizzano celle al silico, le stesse utilizzate nel pannello fotovoltaico, inglobano anche i limiti dello stesso sistema ed in generale la misura sarà sempre superiore a quella reale e non sarà mai la effettiva radiazione incidente ma solo una parte della stessa.

5. In conclusione un sensore al silicio o “solarimetro”, è in grado di dare una buona misura di irraggiamento solare solo nel caso venga utilizzata nelle medesime condizioni (spettro delle luce misurata identico, inclinazione dei raggi solari, etc.) in cui è stata tarata e prodotta, che difficilmente si ripetono e che solitamente non vengono dichiarate dal costruttore. Per gli stessi motivi una cella al silicio non viene calibrata né certificata successivamente all’acquisto e sempre sottostimerà la reale radiazione incidente sul pannello.

6. La normativa indica che i moduli fotovoltaici devono essere provati e verificati da laboratori accreditati, per le specifiche prove necessarie alla verifica dei moduli, in conformità alla norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025. Tale norma specifica il Piranometro come strumento atto a misurare l’irraggiamento.