Pyranometersensoren uitgelegd: welk type is geschikt voor uw zonneproject?

De juiste pyranometersensor kan de prestaties en het winstpotentieel van uw zonneproject maken of breken. U kunt kiezen uit twee hoofdopties om de zonnestraling te meten: thermopile-pyranometers en referentiecel-zonnestralingssensoren. Elke optie is het meest geschikt voor verschillende toepassingen.

Pyranometers meten de wereldwijde zonnestraling in watt per vierkante meter (W/m²). Ze werken vooral goed bij golflengtes van ongeveer 285 tot 3000 nm. Zonnestralingssensoren zijn er in vele soorten, met verschillende spectrale responsen, nauwkeurigheidsniveaus en prijzen. Thermopile-pyranometers bieden u een hoge nauwkeurigheid met meetonzekerheden rond ±2%Maar ze reageren langer (tot 30 seconden) en zijn duurder dan siliciumgebaseerde varianten. Het is dus cruciaal om deze verschillen te kennen voordat u meetapparatuur voor uw zonne-installatie koopt.

Wat meet een pyranometer en waarom is dat belangrijk?

Een pyranometersensor meet de wereldwijde zonnestraling – de totale hoeveelheid zonne-energie die op een plat oppervlak valt vanuit een halfrond (180 graden) gezichtsveld. De sensor vangt zowel direct zonlicht als diffuse straling op in het hele zonnespectrum en zet deze energie om in meetbare elektrische signalen.

Inzicht in zonnestraling

De zonnestraling geeft het vermogen per oppervlakte-eenheid van de zon weer, gemeten in watt per vierkante meter (W/m²). Deze meting omvat twee belangrijke componenten:

• Directe straling – zonlicht dat rechtstreeks van de zon naar de aarde reist zonder onderbreking

• Diffuse straling – zonlicht dat wordt verstrooid door wolken, atmosferische deeltjes of wordt weerkaatst door omringende objecten

De formule voor de globale bestralingssterkte (Eg↓) ziet er als volgt uit: Eg↓ = E⋅cos(θ) + Ed

E staat voor direct zonlicht met maximale intensiteit, θ geeft de hoek aan tussen de oppervlaktenormaal en de positie van de zon, en Ed staat voor diffuus zonlicht.

De wereldwijde stralingssterkte varieert doorgaans van 0 tot 1400 W/m², hoewel deze waarden hoger kunnen liggen wanneer gebouwen of sneeuw licht reflecteren. Heldere dagen rond het middaguur van de zon laten een totale stralingssterkte zien tussen 700 en 1300 W/m², variërend per breedtegraad, hoogte en seizoen.

De zon levert 99,97% van alle energie aan het aardoppervlak. De zonnestraling bedraagt ongeveer 1360,8 ± 0,5 W/m² aan de rand van onze atmosfeer – een waarde die bekend staat als de zonneconstante.

Waarom nauwkeurige metingen essentieel zijn voor zonne-energieprojecten

Nauwkeurige gegevens over de zonnestraling vormen de basis voor succesvolle zonneprojecten. Ingenieurs gebruiken deze metingen om optimale locaties te vinden door de beschikbare zonnebronnen te beoordelen, wat direct van invloed is op de efficiëntie en energieopbrengst van het systeem.

Pyranometersensoren helpen ook bij het bewaken van de operationele prestaties. Operators kunnen de prestatieverhouding van een systeem berekenen door het werkelijke vermogen te vergelijken met het verwachte vermogen op basis van de pyranometerwaarden. Deze verhouding varieert doorgaans van 75% tot 85%. Een plotselinge daling kan wijzen op de noodzaak van reiniging, reparatie of systeemstoringscontroles.

Historische gegevens over de zonnestraling helpen bij het correct voorspellen van potentiële energieopbrengsten en de grootte van PV-systemen tijdens de ontwerpfase. De norm van de International Electrotechnical Commission (IEC 61724-1:2017) vereist specifieke typen en aantallen pyranometers op basis van de grootte en categorie van de installatie voor grootschalige installaties.

Meetfouten kunnen de financiële resultaten aanzienlijk beïnvloeden. De financierbaarheid van projecten en investeringsbeslissingen zijn sterk afhankelijk van hoogwaardige gegevens over zonnestraling. Een goed afgestelde Secondary Standard of Spectraal Vlakke Klasse A pyranometer zou de dagelijkse totale stralingssterkte moeten meten binnen een nauwkeurigheid van 2% – het aanbevolen niveau voor de meeste zonne-energietoepassingen.

Uitleg over de soorten pyranometersensoren

Pyranometersensoren zijn er in twee hoofdtypen. Elk type werkt anders en beïnvloedt de prestaties in toepassingen van elke omvang. U moet deze verschillen begrijpen om het juiste instrument voor uw zonneproject te kiezen.

Thermozuil pyranometers

Thermozuilpyranometers gebruiken het thermo-elektrische effect om de zonnestraling te meten via temperatuurverschillen. Een thermozuil met meerdere thermokoppels bevindt zich in de kern, en de actieve verbindingen liggen onder een zwarte coating die zonnestraling absorbeert. Deze sensoren genereren ongeveer 10 μV per W/m² en produceren een uitgangssignaal van ongeveer 10 mV als de zon schijnt.

Moderne thermozuilen hebben één of twee glazen koepels. Deze koepels dienen twee doelen: ze beperken de spectrale respons tot 300-2800 nm, terwijl het volledige gezichtsveld van 180° behouden blijft, en beschermen de sensor tegen convectie. Geavanceerde modellen gebruiken een tweede koepel die de instrumentafwijkingen vermindert en een beter thermisch evenwicht creëert.

Fotodiode pyranometers

Siliciumcelpyranometers, zoals ze ook wel worden genoemd, maken gebruik van halfgeleiderfotodiodes. Deze fotodiodes creëren stroom op basis van het ontvangen licht via het foto-elektrische effect. Ze reageren sneller en zijn goedkoper dan thermozuilversies, maar hebben enkele belangrijke beperkingen. Hun detectiebereik bestrijkt slechts een deel van het zonnespectrum: 360-1120 nm voor siliciumcellen of 400-1100 nm voor fotodiodeversies.

Spectrale responsverschillen

De manier waarop deze technologieën reageren op verschillende golflengtes, is een belangrijk verschil. Thermopile-sensoren detecteren golflengtes van 300-2800 nm, wat nauw aansluit bij het volledige zonnespectrum. Fotodiode-sensoren detecteren een kleiner bereik van 360-1120 nm. Deze selectieve detectie leidt tot meetfouten wanneer de hemelomstandigheden veranderen. Siliciumcel-pyranometers vertonen vanwege deze beperking hogere fouten (10-15%) bij bewolkt weer.

Reactietijd en temperatuurgedrag

De responstijden variëren sterk tussen deze sensoren. Pyranometers met siliciumcellen reageren in minder dan 1 milliseconde. Thermozuilmodellen hebben 15-60 seconden nodig om 95% van hun uiteindelijke meetwaarde te bereiken. Deze snelle respons maakt fotodiodesensoren beter in het volgen van snelle veranderingen in de stralingssterkte.

De temperatuurrespons laat zien hoe de gevoeligheid verandert met de omgevingstemperatuur. ISO 9060 definieert dit als een gevoeligheidsafwijking over een interval van 50 K, weergegeven als een percentage van de kalibratiegevoeligheid. Pyranometers van klasse A moeten een temperatuurrespons binnen 21 TP3T houden, terwijl apparaten van klasse C tot 81 TP3T mogen afwijken. De temperatuurrespons van thermozuilpyranometers volgt doorgaans een polynoomfunctie van de derde orde.

Vergelijking van de prestaties van pyranometersensoren

De betrouwbaarheid van de metingen en de economische haalbaarheid van het project hangen af van de prestaties van verschillende pyranometertypen. Bij de keuze van instrumenten voor zonnemonitoring moet u rekening houden met verschillende belangrijke factoren.

Nauwkeurigheids- en onzekerheidsniveaus

Elke pyranometerklasse heeft een andere meetonzekerheid. Onderzoek toont aan dat hoogwaardige thermozuilpyranometers een meetonzekerheid van ongeveer ±2,4% bereiken. Referentie-instrumenten op basis van fotodioden vertonen hogere meetonzekerheid rond de ±5,0%. Een klasse A pyranometer kan met een goede kalibratie en onderhoud de dagelijkse totale bestralingssterkte meten binnen ±2%.

De onzekerheidsberekeningen gebruiken een betrouwbaarheidsniveau van 95%. Dit betekent dat de werkelijke waarde slechts een kans van 5% heeft om buiten het opgegeven bereik te vallen. De onzekerheidsfactor speelt een cruciale rol bij de beoordeling van de financierbaarheid en beïnvloedt het berekende rendement op investeringen.

Kosten- en onderhoudsfactoren

De prijzen van pyranometers variëren per type. Klasse A-pyranometers zijn duurder dan klasse B- of C-modellen.

De totale eigendomskosten zijn afhankelijk van:

• Kalibratievereisten (elke 2 jaar voor IEC-naleving)

• Reinigingsfrequentie (wekelijks voor klasse A-systemen)

• Ventilatie- en verwarmingssystemen

Klasse A-monitoring vereist wekelijkse reiniging en jaarlijkse herijking om een hoge nauwkeurigheid te behouden. Grote zonne-energieprojecten worden geconfronteerd met aanzienlijke operationele kosten vanwege dit onderhoudsschema.

Normen en certificeringen (ISO 9060, IEC 61724-1)

Volgens ISO 9060:2018 worden pyranometers ingedeeld in drie nauwkeurigheidscategorieën: klasse A, B en C. Elke klasse heeft maximale kalibratie-onzekerheden: ±1,2% voor klasse A, ±1,5% voor klasse B en ±2,4% voor klasse C.

IEC 61724-1 definieert ook bewakingssysteemklassen (A, B, C) met specifieke pyranometervereisten. Klasse A-bewakingssystemen vereisen verwarmde en geventileerde pyranometers die wekelijks worden gereinigd.

Integratie met dataloggers en systemen

Zonnemonitoring werkt het beste met compatibele data-acquisitiesystemen. Goede dataloggers moeten een nauwkeurigheid van 1 W/m² (10 μV) bieden. Dit voorkomt dat de meetkwaliteit afneemt.

Nieuwe pyranometersystemen gebruiken vaak digitale uitgangen met Modbus RTU-protocol via RS-485. Dit vergemakkelijkt de integratie. IEC-normen adviseren om minimaal elke 3 seconden te loggen en gemiddelden van 1 minuut op te slaan voor optimale gegevensverzameling.

De juiste pyranometer kiezen voor uw zonneproject

De eisen en beperkingen van uw project bepalen welke pyranometer u kiest. Hier leest u wat u moet weten over sensoren die het beste werken voor verschillende zonnetoepassingen.

Kleinschalige residentiële systemen of landbouw- en milieumonitoring

Huiseigenaren die zonnesystemen installeren, hechten meer waarde aan betaalbaarheid dan aan perfecte precisie. Siliciumcelpyranometers leveren goede prestaties die aan de behoeften van de meeste huiseigenaren voldoen en tegelijkertijd zuinig zijn. Deze sensoren helpen de prestaties van eenvoudige systemen te volgen en grote problemen zoals paneelverslechtering of overmatige vervuiling op te sporen. ES-S228A Modellen werken goed voor dakinstallaties. Eén goed geplaatste sensor is voldoende, omdat residentiële systemen meestal kleine oppervlakken met uniforme omstandigheden bestrijken.

PV-installaties op nutsbedrijfschaal

Zonneparken hebben behoefte aan gedetailleerde monitoringoplossingen. Industrienormen vereisen klasse A-pyranometers die voldoen aan de IEC 61724-1-specificaties voor grootschalige installaties. ES-S228T is uitgegroeid tot de standaardkeuze voor grote installaties, met wereldwijd meer dan 65.000 units.

Afwegingen tussen budget en precisie

Elke hogere pyranometerklasse verdubbelt de meetnauwkeurigheid, van C naar B naar A. Desondanks kost deze precisie meer – zowel in geld als in onderhoud. Instrumenten van klasse A moeten wekelijks worden gereinigd en regelmatig opnieuw worden gekalibreerd. Meerdere instrumenten van klasse B of C kunnen betere resultaten opleveren dan één slecht onderhouden apparaat van klasse A op plaatsen waar onderhoud lastig is. Uw keuze moet de kosten vooraf in evenwicht brengen met de kosten op de lange termijn, op basis van uw nauwkeurigheidsbehoeften en beschikbare onderhoudsbronnen.

Conclusie

Het kiezen van het juiste gereedschap voor succes in de zonne-energiesector

Uw specifieke projectvereisten, budgetlimieten en prestatiedoelen bepalen uw keuze voor een pyranometer. Dit artikel onderzoekt hoe deze essentiële sensoren de wereldwijde zonnestraling meten. Deze metingen vormen de basis voor succesvolle zonne-installaties.

Technologie maakt een groot verschil in meetkwaliteit. Thermopile-sensoren bieden een betere spectrale respons (300-2800 nm) en nauwkeurigheid (±2%). Ze reageren langzamer en zijn duurder. Fotodiode-opties reageren sneller en zijn betaalbaarder, maar verliezen nauwkeurigheid, vooral bij wisselend weer.

De beslissing gaat verder dan technische specificaties. U moet uw initiële kosten afwegen tegen toekomstige operationele kosten. Dit omvat hoe vaak u kalibratie nodig hebt en welk onderhoud u uitvoert. Normen zoals ISO 9060:2018 en IEC 61724-1 helpen u de sensorcapaciteit af te stemmen op de behoeften van uw project.

De omvang van uw project bepaalt welke sensor het beste past. Kleine thuisinstallaties werken goed met betaalbare siliciumcelpyranometers. Grote nutsbedrijven hebben klasse A thermozuilsensoren met complete monitoringsystemen nodig. Landbouwbedrijven vereisen vaak een speciale golflengtedekking die overeenkomt met wat planten nodig hebben voor fotosynthese.

Een goede pyranometer werkt alleen goed als hij goed wordt onderhouden en is aangesloten op de juiste datasystemen. Maak hem regelmatig schoon, kalibreer hem volgens schema en registreer gegevens correct. Deze stappen zorgen voor nauwkeurige metingen gedurende de hele levensduur van uw zonneproject.

Deze inzichten helpen u bij het kiezen van de juiste meetapparatuur voor uw zonne-installatie. Met de juiste pyranometer kunt u zonne-energiebronnen beoordelen, de prestaties van het systeem verifiëren en een torenhoge winst behalen.

Neem contact met ons op en bespreek de selectie met ons.

Veelgestelde vragen

Vraag 1. Wat zijn de belangrijkste soorten pyranometersensoren? Er zijn twee hoofdtypen pyranometersensoren: thermozuilpyranometers en fotodiodepyranometers (met siliciumcellen). Thermozuilsensoren bieden een hogere nauwkeurigheid en een bredere spectrale respons, terwijl fotodiodesensoren sneller en kosteneffectiever zijn.

Vraag 2. Hoe nauwkeurig zijn pyranometermetingen? De nauwkeurigheid varieert per sensortype en -klasse. Hoogwaardige thermozuilpyranometers bereiken doorgaans een meetonzekerheid van ongeveer ±2,4%, terwijl apparaten met fotodioden hogere meetonzekerheid vertonen rond de ±5,0%. Pyranometers van klasse A kunnen de dagelijkse totale stralingssterkte meten binnen ±2% met de juiste kalibratie en onderhoud.

Vraag 3. Met welke factoren moet ik rekening houden bij het kiezen van een pyranometer voor mijn zonneproject? Houd rekening met de omvang, het budget, de vereiste nauwkeurigheid, de onderhoudsmogelijkheden en de specifieke toepassingsbehoeften van uw project. Houd ook rekening met de spectrale respons, de responstijd, het temperatuurgedrag en de compatibiliteit van de sensor met uw data-acquisitiesysteem.

Vraag 4. Hoe vaak moeten pyranometers gekalibreerd en onderhouden worden? Om aan de IEC-normen te voldoen, moeten pyranometers doorgaans om de twee jaar worden gekalibreerd. Klasse A-monitoringsystemen moeten wekelijks worden gereinigd en jaarlijks opnieuw worden gekalibreerd. Regelmatig onderhoud is cruciaal voor nauwkeurige metingen, vooral bij zeer nauwkeurige instrumenten.

V5. Zijn dure pyranometers altijd beter voor zonne-energieprojecten? Niet per se. Hoewel pyranometers van hogere klasse een grotere precisie bieden, vereisen ze ook meer onderhoud. In sommige gevallen kunnen meerdere sensoren van lagere klasse betere algehele prestaties leveren dan één verwaarloosd high-end apparaat, vooral in grootschalige projecten of situaties met weinig onderhoud.