mayo 30, 2024

Comparación de piranómetros fotovoltaicos y termopilas

Piranómetro de termopila

__wf_reserved_inherit

Un piranómetro de termopila es capaz de captar todo el espectro solar que llega a la superficie de la Tierra, desde el ultravioleta (UV) hasta el infrarrojo lejano (FIR).
Esto se puede ver en la Fig.
1, donde el área amarilla representa el espectro solar de referencia.

Esta peculiaridad permite al piranómetro realizar una medición precisa de la irradiancia solar en la superficie terrestre (cantidad expresada en W/m2), lo que lo convierte en una herramienta única para el estudio de la meteorología y el cambio climático.

Otra característica distintiva es su deriva muy baja.
En un campo fotovoltaico, la potencia devuelta por un piranómetro continuamente expuesto al sol y a la congelación permanece igual durante mucho tiempo.
Se han registrado desviaciones dentro del 1% de las de nuestros piranómetros de termopila de referencia, instalados en el sistema durante 2 años (SR20) (tal característica se ha observado en los piranómetros de los mejores fabricantes).

Desafortunadamente, la respuesta espectral «plana» del piranómetro tipo termopila (ver Fig. 1, curva de campana cian) es un elemento que podría reducir la precisión al medir el rendimiento de un sistema fotovoltaico.

Pensando en la teoría de conjuntos, supongamos 3 conjuntos: C ⋲ B ⋲ A como en la Fig.2.

__wf_reserved_inherit

El espectro solar extraatmosférico es el superconjunto A, la amplia porción de espectro (en este caso las frecuencias actúan como elementos de los conjuntos) que llega a la superficie de la Tierra es el subconjunto B, y la porción del espectro (de nuevo, frecuencias) que se puede convertir en energía eléctrica desde un módulo PV, es el subconjunto C. Suponiendo que los subconjuntos B y C son variables a lo largo del tiempo, un dispositivo capaz de identificar todas las recurrencias de las frecuencias del conjunto C en un momento dado, y sólo esas, tiene que ser selectivo.
Lo que significa que debe ser capaz de identificar las recurrencias en el conjunto B para seleccionarlas, de lo contrario, tergiversando cualquier valor medido.
Supongamos un sistema capaz de convertir sólo los elementos del subconjunto C en energía eléctrica.
La eficiencia del sistema viene dada entonces por la relación entre la medida de la producción de energía y la medida de las frecuencias en el subconjunto C en un momento dado, es decir, la potencia de esa porción del espectro solar.

Piranómetro de célula fotovoltaica

Un piranómetro de célula fotovoltaica tiene la misma superficie de recepción que un módulo fotovoltaico, un vidrio plano, pero su fuerza radica en poseer la misma capacidad de recepción de un módulo fotovoltaico (respuesta no lineal, ver área roja en la Fig. 1).

Esto significa que un piranómetro de célula fotovoltaica de calidad recibe todo el espectro que puede ser recogido por un módulo fotovoltaico, y solo eso.
De esta manera, el sensor actúa como referencia de toda la potencia de irradiación solar recibida de un módulo Si-cristalino.

La relación entre la potencia de salida (normalizada a 1000) y el valor de solo esa potencia de irradiación permite la medición correcta de los rendimientos financieros del sistema PV.
Por lo tanto, se podría observar una deriva hacia eficiencias menores del sistema de energía fotovoltaica mediante un sistema de monitoreo que tenga un piranómetro de celda PV con la precisión requerida.

Dejando a un lado estas premisas, existe la «suposición pragmática» entre muchos trabajadores del sector (O&M, Asset Manager, etc.) de que las desviaciones entre los valores medidos de irradiancia realizados por piranómetros de tipo termopila y de células fotovoltaicas, se establecen entre el 3% y el 6%.

Por el contrario, los datos preliminares de un estudio realizado con el Departamento de Física de la Universidad de Milán muestran cómo las desviaciones varían entre el 3% y el 13%.
Por supuesto, esto no incluye momentos marginales como una variación brusca de la irradiación dada por el paso de las nubes, aumentando las desviaciones hasta en un 80%.
Esto es comprensible, considerando la diferencia en la velocidad de respuesta entre los dos tipos de sensores.
Incluso al atardecer, se han observado desviaciones superiores al 15% entre los dos valores medidos de irradiancia.

Los tres gráficos siguientes muestran la variación porcentual de la irradiancia detectada por un piranómetro de termopila y un piranómetro de célula fotovoltaica monocristalina.

__wf_reserved_inherit

Actualmente, estamos analizando estos datos con un espectrofotómetro del Departamento de Física de la Universidad de Milán.

Preguntas más frecuentes

Preguntas frecuentes relacionadas

No se han encontrado preguntas frecuentes relacionadas.
Contáctenos

¿Listo para mejorar tus medidas?

Ver contactos