INSTUMENTOS DE MEDIÇÃO DO RESURSO SOLAR

A medição da irradiância solar incidente é a forma mais segura de se caracterizar precisamente o recurso solar em um local ou região, desde que utilizando-se um instrumento adequado e devidamente calibrado.

Conforme a radiação solar passa através da atmosfera terrestre, ela é transmitida diretamente, absorvida ou dispersa por moléculas de ar, vapor d'água, aerosols e nuvens. Desta forma, na superfície terretre, a irradiância solar tem as seguintes três principais componentes:

Há uma relação geométrica entre essas três componentes.

Podemos citar outros valores da irradiância solar que podem ser medidos em uma instalação de usina solar (UFV/CSP), que inclui:

  • Irradiância Global Normal (GNI: Global Normal Irradiance)
  • Irradiância Global Inclinada na Latitude (Latitude Tilt Irradiance)
  • Irradiância Global no Plano Inclinado dos Módulos Fotovoltaicos (POA: Plane of Array Irradiance)

Existe um instrumento correto para medir cada uma dessas três componentes da irradiância solar incidente. O interesse aqui é em instrumentos baseados em termopilha para medições da irradiância solar incidente, pois esses instrumentos são comercializados pela GeoDesign.

O funcionamento de um de instrumento com sensor de termopilha é geralmente baseado na medição da diferença entre a temperatura de uma superfície branca e uma superfície preta. A superfície preta pode absorver a maioria da radiação solar enquanto que a superfície branca tende a refleti-la absorvendo menos calor. Esta diferença em temperatura é medida usando uma termopilha. Geralmente, uma termopilha consite de termopares conectados em série. Um termopar é uma junção entre dois metais diferentes usados para medir a temperatura entre dois pontos. Um termopar produz um potencial que depende no gradiante de temperatura, gerando uma saída de µV. Alguns fabricantes embutem um amplificador no instrumento para fornecer uma saída de mV.

A diferença do potencial gerado na termopilha, devido ao gradiente de temperatura entre as duas superfícies, permite medir o valor da irradiância solar incidente. Em termos gerais, a irradiância solar incidente medida com um instrumento com sensor de termopilha pode ser determinada através da seguinte equação:

Equacao Medir Irradiancia Solar Incidente
onde:
    I = Irradiância solar incidente (W/m2).
    V = Voltagem de saída da termopilha do instrumento (µV).
    S = Sensibilidade do instrumento (µV/Wm-2). Este é o fator de
calibração que é certificado e fornecido para cada instrumento pelo fabricante.

Os instrumentos baseados em termopilha mais apropriados para realizar as medições das três componentes da irradiância solar incidente são:

  • Irradiância Direta Normal (DNI) é melhor medida através do uso de um pireliômetro de incidência normal. Este instrumento consiste de uma termopilha na base de um tubo com um ângulo de visão de aproximadamente 5° que limita a radiação que a termopilha recebe somente a radiação direta. O pireliômetro é montado em um rastreador solar automático para medição contínua.
Pireliometro Eppley Pireliômetro da Eppley
  • Irradiância Difusa Horizontal (DHI ou DIF) deve ser medida utilizando-se um piranômetro sombreado de forma que a sombra bloqueia a irradiância direta. Assim a termopilha do instrumento só recebe a irradiância difusa. O sombreamento da termopilha do piranômetro é obtido usando um pequeno disco montado em um rastreador solar automático que mantém a termopilha do instrumento sombreada durante os diferentes horários de um dia. Também pode-se empregar um arco metálico fixo de sombreamento (shadow band) em locais onde não existe fonte de eletricidade para alimentar um rastreado solar.
Piranometro Sombreado SDK Eppley Piranômetro Sombreado por Disco da Eppley
  • Irradiância Global Horizontal (GHI) é mais precisamente medida com um piranômetro de termopilha. A resposta deste tipo de piranômetro pode cobrir toda a faixa de comprimento de onda do espectro solar de aproximadamente 300 nm a 2800 nm.
Pireliometro Middleton Solar Piranômetro da Middleton Solar
  • Um pyreliômetro ou piranômetro tem que ser conectado a um registrador de dados (data logger) para a leitura, armazenamento e pós-processamento dos dados das medições realizadas de irradiância solar incidente. A conexão entre os equipamentos é feita através de um cabo.
Data Logger Campbell Scientific Data Logger da Campbell Scientific

Outros equipamentos também fazem parte de uma estação de medição de irradiância solar, como para transmissão dos dados via GPRS, rádio ou satélite, armazenamento e redundância dos dados em cartão de memória, proteção contra descargas elétricas atmosféricas, dentre vários outros. Os equipamentos que fazem parte de uma estação de medição de irradiância solar e estação solarimétrica comercializados pela Geodesign são apresentados em:

UNIDADE DE MEDIÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR

Unidade Medicao Radiacao Solar

  • Irradiância solar é o valor instantâneo da radiação solar incidente.
  • Irradiação solar é a integral temporal (1 hora, dia, mês, ano, etc.) da irradiância solar. É a quantidade total de irradiância solar incidente durante um período de tempo, sendo uma medida de energia.

CLASSIFICAÇÃO DE PIRELIÔMETRO E PIRANÔMETRO

Pireliômetos e piranômetros são classificados de acordo com as suas qualidades de medição pela International Standard Organization (ISO) e a World Meteorological Organization (WMO). As classificações de pireliômetos e piranômetros são especificadas nos seguintes documentos:

  • ISO: ISO 9060:1990: Solar energy -- Specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation, 1990.

  • WMO: Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation (WMO-No. 8), 2012.

A ISO e WMO usam diferentes denominações nas suas classificções de pireliômetos e piranômetros.

Pireliômetros são classificados pela ISO tem três categorias, enquanto que a WMO os classifica em quatro categorias:

Tabela Classificacao de Pireliometros ISO e WMO

Clique Aqui para ver tabela que sumariza as especificações das categorias de qualidade de pireliômetro conforme a ISO.

Clique Aqui para ver tabela que sumariza as especificações das categorias de qualidade de pireliômetro conforme a WMO.

Um piranômetro é classificado pela ISO e WMO conforme a sua qualidade de medição em três categorias:

Tabela Classificacao de Piranometros ISO e WMO

Clique Aqui para ver tabela que sumariza as especificações das categorias de qualidade de piranômetro conforme a ISO e WMO.

Cada categoria de pireliômeto e piranômetro tem o seu uso apropriado em diferentes aplicações de medição de irradiância solar incidente.

Veja nas páginas dos pireliômetros e piranômetros comercializados pela GeoDesign sobre os seus diferentes usos de acordo com as suas classificações.



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