¿Qué es un piranómetro y cómo mide la irradiancia?

Los piranómetros son dispositivos de medición de la radiación solar, que generalmente se utilizan para investigaciones climatológicas o para monitorear el desempeño de estaciones meteorológicas en redes meteorológicas, invernaderos, automatización de edificios, estudios de reflectancia, meteorización, etc.

¿QUÉ ES LA RADIACIÓN SOLAR?

La radiación solar es el flujo de energía proveniente del sol; se refiere a la energía incidente sobre una superficie, medida en W/m².

La radiación solar, como el brillo de todo el Sol en una longitud de onda de luz, incluye más que solo luz visible. Si observamos el espectro de radiación, por ejemplo, vemos grandes variaciones espectrales en muchas longitudes de onda, desde visible e IR, pasando por UV, EUV y rayos X.
La radiación solar en la superficie de la Tierra consta de dos componentes. Una parte permanece como radiación directa, mientras que el resto se dispersa en la atmósfera y se refleja de vuelta al espacio o llega a la Tierra como radiación difusa, a diferencia de la radiación directa, que tiene una dirección bien definida.

¿CÓMO MEDIR LA RADIACIÓN?

Los sistemas solares suelen tener una superficie receptora que recoge la radiación solar, por ejemplo, una planta fotovoltaica o un colector solar. Para determinar la orientación óptima de esta superficie, es necesario poder tener en cuenta la cantidad de energía solar captada por los techos desde diferentes direcciones. Esto es complicado porque el sol se mueve por el cielo y rara vez se encuentra directamente con una superficie fija, y debido a los diferentes componentes de la radiación (directa, dispersa y reflejada desde el suelo) que llega a la superficie desde diferentes ángulos. Las diferentes condiciones climáticas también significan que la disponibilidad de estos diferentes componentes cambia de vez en cuando. Para realizar cálculos fiables, debemos poder convertir los datos disponibles sobre la radiación solar en el sentido de las agujas del reloj en el plano horizontal en radiación sobre una superficie plana inclinada.

LOS DISPOSITIVOS UTILIZADOS PARA MEDIR LA RADIACIÓN SOLAR

La radiación solar generalmente se mide mediante dos dispositivos principales: Pirheliómetros y Piranómetros.
El pirheliómetro mide la radiación solar perpendicular procedente directamente del sol y una pequeña parte de la radiación procedente del cielo alrededor del sol. Por lo general, la luz solar ingresa a este dispositivo a través de una ventana de vidrio en un termopar (un dispositivo que convierte el calor en electricidad). La señal eléctrica generada se puede registrar y convertir en W/m².
Por otro lado, el piranómetro mide la radiación solar total del planetario (tanto dispersa como directa), generalmente en el plano horizontal. Esto significa que el dispositivo debe dar una respuesta imparcial a la radiación procedente de todas las direcciones. Consiste en un sensor térmico orientado horizontalmente y una cúpula de vidrio que limita el rango de longitud de onda, como en un pirheliómetro.

Radiación global = Radiación directa cos(x) + Radiación difusa

Se utilizan otros dispositivos además de los piranómetros para medir la radiación, por ejemplo, los sensores de irradiancia que se utilizan para medir la irradiancia en el plano o en el plano de la matriz (POA).

Este sensor de irradiancia también se denomina piranómetro PV porque tiene las mismas funciones que el piranómetro, mide la PAO, que se define como la suma de los componentes de la irradiancia normal directa (DNI) y la irradiancia difusa (DHI) que inciden en una superficie con una determinada inclinación y ángulo de incidencia (AOI).

¿CUÁLES SON LAS DIFERENTES CLASES DE PIRANOMETROS?

Los piranómetros no son todos de la misma calidad. La Organización Meteorológica Mundial (OMM) y la Organización Internacional de Normalización (ISO) han establecido tres categorías de piranómetros para diferentes aplicaciones.

Sobre la base de las especificaciones del piranómetro, como el tiempo de respuesta, las compensaciones térmicas, la no estabilidad, la no linealidad, la respuesta direccional, la respuesta espectral, la respuesta de temperatura y la respuesta de inclinación, y según el método de calibración, un piranómetro se puede clasificar como Clase Piranómetro A, Clase B o Clase C, según ISO 9060. La siguiente tabla muestra las tres categorías mencionadas: