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Che cos’è un Piranometro?
Un piranometro è uno strumento che misura il flusso della radiazione solare. In generale i piranometri sono dei piccoli apparecchi dotati di un apposito sensore che misura l’irradianza. Essi sono protetti da pioggia, neve e polvere da un involucro che permette alla luce di penetrare. L’apparecchio viene collocato in un posto dove possa ricevere la luce solare diretta per l’intera giornata, lontano da ombreggiamenti.I tipi di piranometro:
Attualmente esistono 3 tipi di piranometro, ognuno dei quali misura la radiazione con un metodo diverso e viene impiegato in modo specifico per utilizzi diversi. Essi sono:- Il piranometro a termopila
- Il solarimetro a cella fotovoltaica (detto anche piranometro fotovoltaico)
- Il piranometro a fotodiodo
Scopriamo come funziona un piranometro?
Piranometro a termopila.
Questa tipologia di piranometro misura la luce del Sole in base al calore generato dal Sole. Il sensore a termopila misura la differenza di temperatura che si registra tra una superficie nera ed una superficie bianca (oppure di una superficie non esposta al sole). Le due temperature vengono registrate da serie (o pile) di termocoppie per migliorare l’affidabilità della misura. La lunghezza d’onda misurata è compresa nel range (300 nm – 3000 nm).Per quale scopo viene usato il solarimetro a termopila?
I modelli a termopila sono impiegati principalmente per scopi meteorologici grazie alla loro capacità di rilevare un ampio spettro dell’energia solare.Solarimetro fotovoltaico.
I solarimetri fotovoltaici misurano la luce del Sole in base all’elettricità generata dal Sole da una cella fotovoltaica sfruttando l’effetto fotovoltaico. Questo sensore d’irradianza misura il medesimo spettro che è convertito in energia elettrica da un modulo fotovoltaico. Se si espone la cella alla radiazione solare, grazie all’effetto fotovoltaico, una parte della radiazione viene assorbita e convertita in energia elettrica. Se si misura latensione e la corrente di una cella fotovoltaica irrdiata dal Sole è possibile, se lo strumento è tarato e costruito appositamente, conoscere la radiazione incidente sul sensore. La lunghezza d’onda misurata è compresa nel range 350 nm – 1150 nm.Quando viene usato il solarimetro fotovoltaico?
Il solarimetro fotovoltaico è impiegato principalmente per il calcolo delle performances di impianti fotovoltaici.Piranometro a fotodiodo.
Il piranometro a fotodiodo usa lo stesso principio del piranometro fotovoltaico ma usa un fotodiodo anziché una cella fotovoltaica e solitamente non è compensato in temperatura, mentre il solarimetro a cella fotovoltaica è compensato in temperatura. Inoltre la cella fotovoltaica ha dei trattamenti superficiali che le consentono di catturare il massimo delle lunghezze d’onda che la cella fotovoltaica è in grado di convertire in energia elettrica, il diodo no.Per cosa sono usati i piranometri?
I piranometri sono usati per- Il monitoraggio di impianti fotovoltaici.
- La valutazione degli investimenti legati all!energia solare.
- In meteorologia – più specificatamente per identificare quali pattern climatici una determinata zona si possa aspettare in un futuro vicino.
- Per studiare il cambiamento climatico
- In agricoltura
Qual è la differenza fra un solarimetro e un piranometro?
Tutti i solarimetri sono anche tipi di piranometri. Se siete bravi in greco antico, sicuramente saprete che “pir” significa fuoco, “ano” da sopra, e “metro” misurazione. Quindi un “pir-ano-metro” misura il “fuoco dal di sopra” — la luce del sole. Parlando in generale, i piranometri a termopila misurano la luce del sole in base a quanto calore generano; quelli fotovoltaici misurano la luce in base alla quantità di elettricità che generano.Quale è meglio – la cella fotovoltaica o la cella termopila?
I piranometri a termopila misurano una gamma più larga di radiazione. La luce del sole può sembrare gialla, ma in realtà consiste in una vasta gamma di radiazioni elettromagnetiche, che oscillano dai (280 – 4000 nanometri). Ciò include sia la “luce bianca” visibile (lo spettro dell’arcobaleno, da tutti conosciuto, che va dal rosso/arancione al viola/indaco) e le radiazioni elettromagnetiche invisibili, tra le quali le ultraviolette (UV) e gli infrarossi (IR). Anche se i nostri occhi non riescono a riconoscere molte di queste radiazioni, i piranometri a termopila sono in grado di rilevare quasi tutto lo spettro della luce solare senza discontinuità; infatti i piranometri a termopila di buona qualità riescono a misurare praticamente la maggior parte di tutto lo spettro (300nm – 3000nm) mentre ipiranometri a cella fotovoltaica misurano una gamma più ristretta (350nm – 1150nm).Piranometro a termopila: approfondimento.
Un piranometro a termopila è uno strumento di misura della radiazione solare basato sul principio della termopila, più in particolare sull!effetto Seebeck. Il piranometro a termopila è lo strumento standard nella misura della radiazione solare per il monitoraggio delle condizioni meteo e per applicazioni di ricerca ad elevata accuratezza; alcune volte è utilizzato anche per la valutazione della produttività di impianti fotovoltaici, tuttavia per quest’ultima applicazione i sensori a cella al silicio come Sunmeter e Litemeter (che sono basati su celle come quelle dei moduli fotovoltaici), risultano più adatti per impianti con moduli fotovoltaici presenti comunemente in commercio. Alcuni modelli particolari di piranometri a termopila sono adatti per il monitoraggio di impianti a concentrazione (C.S.P.). Il piranometro a termopila è lo strumento preposto alla misura della radiazione solare globale, e con qualche accorgimento può essere utilizzato per la misura della sola radiazione solare diffusa o all’albedo.Effetto Seebeck e il funzionamento del piranometro a termopila.
L’effetto Seebeck si basa sul principio della termoelettricità: collegando due materiali semiconduttori drogati in maniera differente e opposta (uno crea un eccesso di elettroni nel materiale l’altro un difetto) tramite due giunzioni, se le due giunzioni sono a temperatura diversa si crea una differenza di potenziale tra le due giunzioni. Questo è l’effetto Seebeck. La differenza di potenziale aumenta con l!aumento della differenza di temperatura ovvero con l’aumento della radiazione solare. Un piranometro a termopila, è realizzato da una grande quantità di giunzioni poste in serie, metà giunti sono esposti alla radiazione solare mentre l’altra metà dei giunti sono in ombra, in questo modo andando a monitorare la differenza di potenziale tra le due giunzioni, e la temperatura del giunto freddo è possibile conoscere la temperatura del giunto caldo e quindi la radiazione incidente sul sensore. Grazie a questa soluzione applicativa il piranometro risulta in grado di assorbire lo spettro della radiazione solare in maniera completa, in quanto la sensibilità di una termocoppia è tra i (300 e i 2800 nm), ha un angolo di vista di 180° e non richiede di essere connesso alla rete elettrica in quanto genera la potenza che gli serve per funzionare grazie al principio stesso della termopila anche se il suo segnale è molto debole e perciò vulnerabile ai disturbi elettrici ed elettromagnetici.I piranometri sono soggetti a tutta una serie di errori. I principali sono:
- L’effetto cosinusoidale, dovuto alla riflessione di una parte della radiazione da parte del cupolino di vetro e del sensore;
- L’errore di offset, dovuto all!emissione di energia radiante da parte del sensore verso la volta celeste;
- L’effetto di temperatura, dovuto all!aumento delle temperature dello strumento stesso e delle termocoppie.
Piranometri
Anemometri
Sensori di temperatura