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Um piranômetro mede a radiação solar recebida por uma superfície plana a partir de um campo de visão de 180°. Essa grandeza, expressa em W/m², é denominada radiação solar hemisférica. O espectro da radiação solar se estende aproximadamente de 285 a 3000 × 10⁻⁹ m. Por definição, um piranômetro deve cobrir essa faixa espectral com uma seletividade espectral o mais espectralmente plana possível.

Em uma medição de irradiância, por definição, a resposta à radiação de feixe varia com o cosseno do ângulo de incidência; ou seja, deve apresentar resposta total quando a radiação solar incide perpendicularmente ao sensor (normal à superfície, sol no zênite, 0° de ângulo de incidência), resposta nula quando o sol está no horizonte (90° de ângulo de incidência, 90° de ângulo zenital) e 50 % da resposta total a 60° de ângulo de incidência. Um piranômetro deve apresentar a chamada resposta direcional (documentos mais antigos mencionam “resposta cosseno”) o mais próxima possível da característica cosseno ideal.

Para alcançar as características direcionais e espectrais adequadas, os principais componentes de um piranômetro são:

• um sensor térmico com revestimento preto. Ele apresenta um espectro plano cobrindo a faixa de 200 a 50 000 × 10⁻⁹ m e possui resposta direcional quase perfeita. O revestimento absorve toda a radiação solar e, no momento da absorção, converte essa radiação em calor. O calor flui através do sensor até o corpo do instrumento. O sensor de termopilha gera um sinal de saída em tensão proporcional à irradiância solar.
• uma cúpula de vidro. Essa cúpula limita a faixa espectral de 285 a 3000 × 10⁻⁹ m (eliminando a parcela acima de 3000 × 10⁻⁹ m), preservando o campo de visão de 180°. Outra função da cúpula é proteger o sensor termopilha do ambiente (convecção, chuva).
• uma segunda cúpula de vidro (interna): em piranômetros padrão secundário e de primeira classe, são utilizadas duas cúpulas em vez de apenas uma. Essa configuração proporciona uma blindagem radiativa adicional, promovendo um melhor equilíbrio térmico entre o sensor e a cúpula interna quando comparada ao uso de uma única cúpula, resultando em uma redução significativa dos offsets do instrumento.
• um aquecedor: para reduzir o efeito da deposição de orvalho e da formação de gelo na superfície externa da cúpula, os piranômetros mais avançados possuem um aquecedor integrado. O aquecedor é acoplado ao corpo do sensor. O aquecimento de um piranômetro pode gerar sinais adicionais de offset de irradiância; por isso, recomenda-se ativar o aquecedor apenas durante o período noturno. A combinação de aquecimento com ventilação externa torna esses offsets de aquecimento muito baixos.

Há boas razões pelas quais os piranômetros são o padrão para a medição de radiação solar no monitoramento externo do desempenho de sistemas fotovoltaicos.

O objetivo dos ensaios fotovoltaicos em campo é comparar o recurso solar disponível com a produção do sistema e, assim, determinar a eficiência. A estimativa de eficiência serve como um indicador do desempenho global e da estabilidade do sistema. Ela também funciona como referência para diagnósticos remotos e para a identificação da necessidade de manutenção.

A medição de irradiância para o monitoramento do desempenho fotovoltaico em campo é normalmente realizada com piranômetros. Algumas normas sugerem o uso de células fotovoltaicas de referência. Essas células são, com poucas exceções, inadequadas para comprovação de bankability e para a verificação da eficiência de sistemas fotovoltaicos. Os piranômetros são e continuarão sendo o padrão para o monitoramento externo da energia solar.

Do ponto de vista fundamental:

• Piranômetros medem a irradiância solar realmente disponível (ou seja, a quantidade de recurso disponível). Esse é o parâmetro necessário para um cálculo correto de eficiência.
• Células de referência medem apenas a parcela da radiação solar que pode ser utilizada por células do mesmo material e com embalagem idêntica (janela plana), ou seja, o rendimento de um determinado tipo de célula fotovoltaica. Essa não é uma medição adequada para cálculos de eficiência e, de fato, conduz a erros de vários pontos percentuais nas estimativas de eficiência.

A Agência Internacional de Energia (IEA) e as normas ASTM para monitoramento fotovoltaico recomendam o uso de piranômetros para medições externas. As células fotovoltaicas de referência não atendem aos requisitos da IEC 61724-1 Classe A quanto à incerteza de medição de irradiância: sua resposta direcional faz com que superestimem sistematicamente a exposição radiante diária em J/m² (ou W·h/m²) em mais de 2 %, sendo esse erro ainda maior quando avaliado em base horária.

Escolher o piranômetro adequado para a sua aplicação não é uma tarefa simples. Podemos oferecer suporte. Antes disso, porém, você deve se fazer as seguintes perguntas:

• existem normas aplicáveis à minha aplicação?
• qual nível de exatidão eu preciso?
• qual será o nível de manutenção do instrumento?
• quais são as possibilidades de interfaceamento?

Ao discutir com a Hukx, nossa recomendação do piranômetro mais adequado será baseada em:

• classe de piranômetro recomendada
• nível de manutenção recomendado
• estimativa da exatidão da medição
• política de calibração recomendada
• interface recomendada

Os piranômetros podem ser fabricados com diferentes especificações e com diferentes níveis de verificação e caracterização durante a produção. A norma ISO 9060:1990, “Solar energy — specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation”, distingue três classes: padrão secundário (maior exatidão), primeira classe (segunda maior exatidão) e segunda classe (terceira maior exatidão). Da segunda classe para a primeira classe e da primeira classe para o padrão secundário, a exatidão alcançável melhora por um fator 2.

A norma ISO 9060:1990 está em processo de revisão. A nova versão de 2018 apresenta diferenças em relação à versão de 1990. A nova ISO 9060 inclui três classes de exatidão de instrumentos: A, B e C, além de uma extensão especial para cada classe, denominada “espectralmente plano”, recomendada para medições no plano do módulo (POA), albedo e radiação solar refletida.

Nosso guia de seleção de piranômetros guia de seleção de piranômetros oferece orientações práticas para a escolha do piranômetro adequado. A aplicação de piranômetros no monitoramento de desempenho de sistemas fotovoltaicos, de acordo com a IEC 61724-1, é destacada como exemplo. Sensores específicos para radiação difusa e para redes meteorológicas também são abordados nesse guia de seleção.

Um piranômetro mede a radiação solar hemisférica. Quando a medição é realizada no plano horizontal, essa grandeza é denominada Irradiância Global Horizontal (GHI). Quando a medição é realizada no plano do módulo, ao lado de painéis fotovoltaicos, essa grandeza é denominada Irradiância no Plano do Módulo (POA).

Um pireliômetro é utilizado para medir a Irradiância Normal Direta (DNI). A DNI é definida como o fluxo radiante solar coletado por uma superfície unitária plana normal ao eixo apontado para o centro do sol, dentro de uma abertura angular óptica. A DNI é composta pela irradiância solar contida na extensão do disco solar (semiângulo de 0,266° ± 1,7 %), acrescida de uma parcela de radiação circunsolar.

Então você quer medir a radiação solar? Você não está sozinho. As pessoas medem a energia proveniente do sol há séculos e, hoje, mais pessoas do que nunca realizam medições de radiação solar.

Como em qualquer medição, comece perguntando a si mesmo o que exatamente deseja medir. O termo “radiação solar” é utilizado em diversas aplicações, com significados ligeiramente diferentes.

A radiação solar é frequentemente definida como a energia que chega à Terra proveniente do sol. Uma grande parte dessa energia é luz visível, mas o espectro solar também se estende ao UV e ao infravermelho próximo. Ela chega até nós de diferentes formas: diretamente do sol (radiação solar direta), por meio da dispersão na atmosfera (radiação solar difusa) ou por reflexões. Essas grandezas podem ser medidas separadamente, mas, na maioria das aplicações, o interesse está na radiação total incidente sobre uma superfície, conhecida como irradiância global horizontal (GHI). No monitoramento solar de usinas fotovoltaicas, são necessárias tanto a irradiância global horizontal quanto a irradiância no plano do módulo, isto é, a irradiância medida no mesmo plano dos painéis. Em estudos de balanço de energia, múltiplos piranômetros são combinados para medir tanto a radiação solar incidente quanto a refletida. Isso pode ser associado a medições separadas de radiação de onda longa líquida e de outros fluxos.

Publicamos uma nota técnica que conduz você por todo o processo de medição da radiação solar, desde a escolha do instrumento até a obtenção dos dados. Nela, discutimos a seleção do local, a montagem do instrumento e a configuração do datalogger. Para garantir que seus dados de radiação solar permaneçam confiáveis ao longo dos anos, também abordamos controle de qualidade e manutenção. Leia a nota.

A garantia do produto é de 5 anos para piranômetros, pirgeômetros, albedômetros, radiômetros de saldo e pirheliômetros.

A Hukx adota a seguinte política de garantia e responsabilidade: a Hukx garante que os bens fornecidos são novos, isentos de defeitos e livres de falhas claramente relacionadas à produção e fabricação. A garantia de fábrica (com reparo gratuito) para defeitos claramente rastreáveis a erros de produção é de 5 anos. A entrega dos produtos está sujeita às Condições Gerais de Venda da Hukx.