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Comparación de piranómetros vs. Sensores de irradiación solar de celda de referencia
El sensor de irradiación solar de celda de referencia es la mejor solución para monitorear plantas solares fotovoltaicas, ya que es una miniatura de los paneles fotovoltaicos.
Las dos herramientas más populares utilizadas por la industria fotovoltaica (PV) para medir la irradiancia son los piranómetros de termopila y los sensores de irradiancia solar de celda de referencia calibrados. Actualmente, la comunidad fotovoltaica tiene una baja comprensión acerca de cuál dispositivo es más adecuado para las aplicaciones fotovoltaicas.
PIRANOMETROS
Los piranómetros de termopila (a los que nos referiremos en este trabajo simplemente como “piranómetros”) son dispositivos que tienen uniones de metales diferentes en contacto con una superficie pintada de negro que absorbe la radiación solar (la unión “caliente”) y una superficie separada que no absorbe radiación solar (la unión “fría”). Miden la irradiancia indirectamente midiendo la diferencia de temperatura entre estas dos superficies.
Los piranómetros tienen una respuesta espectral esencialmente plana de ~400 a ~2700 nm, la transmitancia del cuarzo. Debido a esta respuesta espectral plana en una amplia gama de longitudes de onda incidentes, los piranómetros son muy adecuados para medir la radiación de onda corta incidente total, independientemente de la composición espectral de esa radiación. Las incertidumbres de los piranómetros suelen citarse con respecto a la medición de la radiación solar incidente total.
SENSORES DE IRRADIACIÓN SOLAR DE CELDA DE REFERENCIA
El sensor de irradiación solar de celda de referencia es una miniatura de un panel fotovoltaico. Convierte los fotones incidentes en electrones a través del efecto fotovoltaico, y luego estos electrones generan una corriente eléctrica medible, al igual que los paneles fotovoltaicos. La eficiencia de esta conversión de fotones a electrones es una función dependiente de la longitud de onda que es específica de varias tecnologías de dispositivos fotovoltaicos y, en cierta medida, de dispositivos fotovoltaicos individuales.
La corriente de la celda de referencia se mide midiendo el voltaje a través de una pequeña resistencia que se incluye en el paquete de la celda de referencia. Este voltaje se calibra bajo el espectro de referencia [ASTM G173 o espectro IEC 60904-3] a 1000 W/m2, 25 °C utilizando técnicas estándar [IEC 60904-1].
¿CUÁNDO ES MÁS VENTAJOSO EL SENSOR DE IRRADIACIÓN SOLAR DE CELDA DE REFERENCIA?
Los sensores de irradiancia solar de celda de referencia ofrecen una solución económica pero fuerte y confiable para medir los niveles de irradiancia solar, particularmente para monitorear sistemas fotovoltaicos.
El diseño de estos sensores de irradiancia solar, que corresponde al de un módulo fotovoltaico, hace que estos sensores sean ideales como referencia para monitorear sistemas fotovoltaicos.
La sensibilidad espectral, que corresponde a la de los módulos fotovoltaicos, y el modificador del ángulo de incidencia muy similar, permiten un análisis preciso de los rendimientos fotovoltaicos utilizando los valores medidos por el sensor.
Permite la medición precisa del rendimiento fotovoltaico para detectar la degradación o la desviación del rendimiento esperado.
Incluso en el caso de que el objetivo del usuario sea medir la irradiancia de banda ancha, un sensor de irradiancia solar de celda de referencia puede exhibir las mismas o mejores (en otras condiciones) incertidumbres de medición que los piranómetros de termopila.
TABLA COMPARATIVA CARACTERÍSTICAS DEL SENSOR DE IRRADIACIÓN SOLAR DE CELDA DE REFERENCIA VS. CARACTERÍSTICAS DE PIRANÓMETRO
| Celda de referencia Sensor de irradiancia solar | Piranómetro Termopila | |
|---|---|---|
| Respuesta Espectral | El sensor de irradiación solar de celda de referencia mide solo la parte espectral que la celda solar puede convertir en electricidad | El piranómetro mide todo el rango espectral del sol. |
| Costo | Solución económica pero fuerte y confiable para medir los niveles de radiación solar. | Solución costosa para el sistema de monitoreo fotovoltaico. |
| Estándares Internacionales | – Todos los estándares IEC 904; – Existe un estándar especial (IEC 61724-1) para controlar y monitorear el sistema fotovoltaico | La Norma ISO 9060. |
| Control del sistema fotovoltáico | El sensor de irradiación solar de celda de referencia es una buena opción para controlar el sistema fotovoltaico porque tiene casi el mismo comportamiento físico que los módulos fotovoltaicos. | Un comportamiento físico totalmente diferente con el sistema fotovoltaico que puede ser problemático para medir y controlar el rendimiento fotovoltaico. |
| Tiempo de respuesta | Milisegundos, coincide con la respuesta de PV | Lento, son hasta 30 segundos. |
| Respuesta de temperatura | Similar al sistema fotovoltaico, la respuesta de temperatura lineal permite correcciones. | Diseñado para minimizar la sensibilidad a la temperatura. No corregido por el efecto de la temperatura. |
| Modificador del ángulo incidente | El reflejo del sol en el vidrio plano del sensor de irradiación solar de celda de referencia es mucho mayor. | El reflejo del sol en la cúpula de vidrio del piranómetro es menor que el reflejo en el sensor de irradiación solar de celda de referencia. |
| Aplicación | Para la caracterización del rendimiento fotovoltaico, el sensor de irradiación solar de celda de referencia permite una mejor detección de cambios en el sistema fotovoltaico. | Para medir la irradiancia horizontal global, se recomienda utilizar el piranómetro. |
| Conexión | El sensor de irradiación solar de celda de referencia de conexión tiene 3 entradas que garantizan la conexión del sensor de temperatura del módulo, el sensor de temperatura ambiente y el sensor de velocidad del viento con solo una salida Modbus RTU conectada directamente al registrador de datos. | El piranómetro solo se puede conectar al registrador de datos sin combinar ningún otro dato del sensor. |
CONCLUSIÓN
Los sensores de irradiación solar de celda de referencia son especialmente útiles para la caracterización precisa del rendimiento fotovoltaico, lo que permite una mejor detección de cambios en el rendimiento del sistema fotovoltaico con una evaluación más breve de la eficiencia operativa fotovoltaica. Incluso en el caso de que el objetivo del usuario sea medir la irradiancia de banda ancha, un sensor de irradiancia solar de celda de referencia puede exhibir las mismas o mejores incertidumbres de medición que los piranómetros de termopila.
Cuando se utilizan piranómetros de termopila para medir la energía incidente utilizable para una planta de energía fotovoltaica, se introduce incertidumbre cuando cambia el espectro porque el piranómetro y la planta fotovoltaica responden de manera diferente a diferentes espectros. De cualquier forma, los piranómetros aún pueden ser útiles para comparar la radiación de banda ancha observada con la radiación de banda ancha histórica.
Según la comparación que hicimos entre los piranómetros de termopila y el Sensor de Irradiación Solar de Celda de Referencia, llegamos a la conclusión de que el sensor de irradiancia solar de celda de referencia proporciona mediciones de irradiancia superiores para aplicaciones de monitoreo de plantas de energía fotovoltaica.