Măsurarea radiației solare pentru monitorizarea performanței centralelor solare
Măsurarea radiației solare pentru monitorizarea performanței centralelor solare
Arcadiu Munkacsi
De ce măsurarea precisă a radiației solare în centralele PV a devenit o necesitate?
Promovarea accentuată în urmă cu câțiva ani a producerii energiei electrice pe baza energiei solare a avut ca rezultat o dezvoltare rapidă a domeniului. Datorită acestui mod de promovare, investițiile erau profitabile chiar și în condițiile în care nu s-a pus accent pe performanțele parcurilor fotovoltaice.
Schimbările produse ulterior în politicile de promovare a domeniului ne obligă să ne concentrăm atenția asupra exploatării centralelor la eficiența lor maximă. Această eficiența maximă poate fi atinsă numai prin monitorizarea performanțelor pe baza calculării raportului de performanță, care, la rândul său, permite planificarea lucrărilor de întreținere cu o precizie ridicată. Astfel se reduce la minim durata de funcționare cu performanțe reduse și crește eficiența în exploatare.
Măsurarea cu precizie a radiației solare este una dintre cele mai importante cerințe pentru calculul precis al raportului de performanță.
De ce piranometrele cu termopilă sunt instrumentele care asigură măsurări ale radiației solare cu cea mai mare precizie?
Suntem deseori întrebați, de ce să utilizăm piranometre? De asemenea, se pune întrebarea care este beneficiul unui piranometru față de o celulă de referință, care deseori face parte din sistemul de monitorizare livrat împreună cu invertoarele?
Celulele de referință au proprietăți similare cu cele ale panourilor PV, dar chiar și în cazul unor etalonări corespunzătoare, vor prezenta aceleași dezavantaje în privința temperaturii, a spectrului și a deteriorării. Din aceste motive, ele nu vor putea furniza o măsurare precisă a radiației solare disponibile în diversele condiții. În funcție de aplicație și de modul în care se calculează energia, se pot constata numeroase diferențe.
Sunt cunoscute numeroase avantaje ale piranometrelor față de celulele de referință. Dintre acestea amintim următoarele:
Piranometrul furnizează o măsurare independentă, precisă a radiației solare totale disponibile
În funcție de tehnologie (siliciu amorf, film subțire CdTe sau celule cu triplă joncțiune etc.) și materialul ferestrei celulei/panoului, celulele PV au răspunsuri spectrale diferite. Ca urmare a schimbării poziției soarelui (masa de aer), a poluării, a umidității, norilor etc., spectrul solar la nivelul solului variază considerabil. Piranometrele măsoară tot spectrul solar în domeniul lungimilor de undă de la 0,3 la 3 micrometri, furnizând o măsurare integrată a energiei solare de unde scurte disponibile în orice condiții.
Piranometrele sunt clasificate și etalonate pe baza standardelor ISO
Piranometrele sunt acele instrumente care au fost folosite pentru măsurarea radiației solare de peste 80 de ani. Baza de date globală despre radiații solare este bazată pe măsurări efectuate cu piranometre. Factorul de etalonare a piranometrului este de asemenea foarte stabil în timp. Clasificarea performanțelor este definită de ISO 9060, iar metodele de etalonare de ISO 9847.
Timpul de răspuns al unui piranometru este mai lung decât cel al unei celule de referință
Avantajul în acest caz este dat de faptul că piranometrul integrează în timp, de regulă între 5 și 20 secunde. Acest lucru înseamnă că schimbările bruște, de genul nori trecători, păsări și avioane, nu vor produce vârfuri sau căderi tranzitorii în datele măsurate. În cazul folosirii unor intervale de eșantionare de 20 de secunde sau mai mult, un piranometru va furniza valori integrate corecte pe parcursul unei zile.
Piranometrul nu depinde de tipul celulei PV
În cazul folosirii unor celule PV diferite în cadrul unei centrale, trebuie folosită o celulă de referință diferită pentru fiecare tip de celulă PV, dar cu un singur piranometru se pot monitoriza toate tipurile de celule.
Un piranometru poate avea un coeficient de temperatură foarte mic
Influența temperaturii asupra piranometrelor poate să ajungă până la valoarea de 1 % pentru o variație de 70 °C a temperaturii (în funcție de tip). Această valoare este mult mai mică decât cea a panourilor PV și a celulelor de referință.
Specificațiile celulelor PV sunt obținute în condiții de testare stantardizate (Standard Test Conditions)
Performanțele celor mai multe panouri PV și celule de referință sunt precizate pentru condiții de testare standardizate. Aceste condiții cuprind o temperatură a mediului ambiant de +25°C, o radiație globală de 1000 W/m2, o masă de aer de 1,5 și lipsă vânt. Radiația globală în timpul testelor este măsurată cu un piranometru. Aceste condiții sunt foarte departe de cele din lumea reală. În schimb, măsurările efectuate cu un piranometru vor arăta întotdeauna performanțele reale.
Celulele de referință (și panourile PV) sunt mai afectate de poluare decât piranometrele
Se spune că piranometrele trebuie curățate foarte des, cel puțin acest lucru este recomandat pentru performanțe optime. Totuși, celulele de referință, cu suprafața lor plată, sunt mult mai afectate de depuneri decât cupola emisferică a piranometrelor.
Calculele raportului de performanță sau cele ale indicelui de performanță sunt mai precise în cazul folosirii unui piranometru
În cazul în care calcularea raportului de performanță (PR) sau a indicelui de performanță (PI) se bazează pe datele precise și independente obținute de la un piranometru, rezultatele sunt mai relevante decât acelea care se obțin pornind de la o celulă de referință, care are o precizie mai mică și aceleași defecte inerente pe care le are panoul însuși. Un piranometru (în funcție de tip) poate măsura cu o precizie de până la 1%.
Cum utilizăm piranometrele cu termopilă pentru măsurarea radiației solare la centralele PV ?
Numeroase invertoare pentru sisteme PV au o intrare atât pentru piranometre, cât și pentru celule de referință. În lipsa unor astfel de intrări se pot utiliza cu succes data loggerele din gama Kipp & Zonen pentru piranometrele seriei CMP, serie care cuprinde atât piranometre cu prețuri accesibile, cât și unele dintre cele mai performante instrumente la nivel mondial, de exemplu CMP 22. O soluție care satisface cerințele unei monitorizări de calitate este cea bazată pe piranometrul CMP10, care are și avantajul că practic nu are nevoie de întreținere.
Anul acesta Kipp & Zonen își extinde oferta de instrumente solare cu o gamă completă de radiometre noi, numite inteligente. Aceste instrumente, seria SMP, oferă atât ieșiri analogice amplificate, cât și o ieșire serială RS-485 cu posibilitate de conectare directă la un sistem de achiziție de date (PLC, RTU, calculator). Această gamă include de asemenea un piranometru inteligent, cu cerințe minime de mentenanță, și anume, piranometrul SMP10.
Câte piranometre să folosim pentru o centrală?
În cazul sistemelor de dimensiuni mai mari este importantă demonstrarea eficienței sistemului. Folosirea mai multor piranometre scade probabilitatea de a pierde date în cazul defectărilor sau întreținerilor.De exemplu, în cazul folosirii a două piranomentre – deseori montate pe catarge meteorologice împreună cu senzori de viteză a vântului, direcție a vântului și temperatură – acestea sunt amplasate în două locuri opuse ale centralei. În acest fel se obțin măsurări și mai precise ale condițiilor medii din zona centralei. În cazul în care diferite părți ale centralei PV funcționează la unghiuri diferite, trebuie folosit cel puțin un piranometru pentru fiecare parte.
Cum trebuie montat piranometrul?
Piranometrele folosite pentru calcularea randamentului sau a raportului de performanță (PR) trebuie montate în același plan cu panoul sau colectorul. Radiația măsurată în acest fel este numită radiație globală înclinată. În cazul unei stații meteorologice radiația globală este întotdeauna măsurată cu un piranometru montat și orizontalizat cu precizie.
Unde trebuie montat piranometrul?
În cazul folosirii unui singur piranometru, acesta poate fi montat aproximativ în centrul amplasamentului. La folosirea a două piranometre, cea mai bună soluție este cea a montării în două locuri opuse ale centralei PV. În funcție de dimensiunea și forma centralei, locurile de montare trebuie să fie cât mai departe unul de celălalt, de exemplu, unul în partea de nord, iar celălalt în partea de sud. În cazul în care piranometrul este inclus într-o stație meteorologică, catargul nu trebuie să umbrească piranometrul sau panourile. În acest caz, pentru evitarea umbrelor, amplasarea în partea de nord a centralei ar fi cea mai bună alegere, în cazul emisferei nordice.
