Utente:Arthurcala/Sandbox

Old Pyranometer. In this pyranometer are viewable sector blacks (all radiation adsorbed) and whites (shadow area); Irradiation comes from differences of temperature of two sectors

A pyranometer is a type of actinometer used for measuring solar irradiance on a planar surface and it is designed to measure the solar radiation flux density (W/m²) from the hemisphere above within a wavelenght range 0,3 μm to 3 μm. The name pyranometer stems from Greek, "pyr - πῦρ" meaning "fire" and "ano - ἄνω" meaning "above, sky".

A typical pyranometer does not require any power to operate.

Explanation

se riesco la sostituisco con una migliore

The solar radiation spectrum extends its wavelenght approximately from 300 to 2,800 nm. Pyranometers based on thermopyle usually cover that spectrum with a spectral sensitivity ALMOST “flat”. Pyranometers based on photodiodes cover only a portion of whole spectrum, (usually from 400nm to 1000nm), and with responsivity less uniform than pyranometer based on thermopyle.

To make a measurement of irradiance, it is required by definition that the response to “beam” radiation varies with the cosine of the angle of incidence, so that there will be a full response when the solar radiation hits the sensor perpendicularly (normal to the surface, sun at zenith, 0 degrees angle of incidence), zero response when the sun is at the horizon (90 degrees angle of incidence, 90 degrees zenith angle), and 0.5 at 60 degrees angle of incidence. It follows that a pyranometer should have a so-called “directional response” or “cosine response” that is close to the ideal cosine characteristic.

Type of pyranometers

Following the ISO9060 which defines and classifies pyranometers, we can recognize three types of pyranometers based on their technology

Thermopyle Pyranometer

is a sensor based on [[1]] capaci di misurare l'intera banda della radiazione solare designed to measure the solar radiation flux density from a field of 180 degrees. La radiazione solare è proporzionale alla differenza tra la temperatura misurata di una superficie esposta al sole (spicchi neri) e una completamente in ombra (spicchi bianchi).

Design

In order to attain the proper directional and spectral characteristics, a thermopyle pyranometer’s main components are:

• A thermopile sensor with a black coating. This sensor absorbs all solar radiation, has a flat spectrum covering the 300 to 50,000 nanometer range, and has a near-perfect cosine response.

• A glass dome. This dome limits the spectral response from 300 to 2,800 nanometers (cutting off the part above 2,800 nm), while preserving the 180 degrees field of view. Another function of the dome is that it shields the thermopile sensor from convection.

In the modern thermopile pyranometers the active (hot) junctions of the thermopile are located beneath the black coating surface and are heated by the radiation absorbed from the black coating. The passive (cold) junctions of the thermopile are fully protected from solar radiation and in thermal contact with the pyranometer housing, which serves as a heat-sink. Questo accorgimento tecnologico evita che gli spicchi bianchi per ingiallimento o deterioramento del bianco alterino la misura della temperatura della zona in ombra, che altererebbe allora la misura del solar irradiance.

File:Pyranometer diagram Hukseflux SR20.svg

line drawing showing pyranometer properties and functions (1) cable, (3) glass inner dome, (4) thermopile sensor, (5) glass outer dome, (7) humidity indicator with desiccant, (11) connector.

[non so' se mettere questa frase che segue] More recent, higher performance, pyranometers use a Peltier element. This is also thermoelectric, but the dissimilar metals of a thermocouple / thermopile are replaced by dissimilar semiconductors." The termopile generates a small voltage in proportion to the temperature difference between the black coating surface and the instrument housing. This is of the order of 10 µV (microvolts) per W/m², so on a sunny day the output will be around 10 mV (millivolts). Each pyranometer has a unique sensitivity.." REFERENZA: "http://www.kippzonen.com/News/572/The-Working-Principle-of-a-Thermopile-Pyranometer#.VpQnljJvAzt"

Usage

Thermopile Pyranometers are frequently used in meteorology, climatology, climate change, solar cell research and building physics. They can be seen in many meteorological stations (typically installed horizontally), punti di rilevamento dati per l'ambiente and next to solar panels (typically mounted with the sensor surface in the plane of the panel).

Photodiode Pyranometer

E' chiamato anche Silicon Pyranometer (ISO9060 ed.1990). Esso ha la capacità di rilevare la porzione di spettro solare che va dai 400nm ai 900nm, mentre i più performanti rilevano una porzione di spettro più ampia: da 350nm ai 1100nm Il suo detector è un photodiode which ha la caratteristica di convertire alcune frequenze dello spettro solare into current, thanks to photoelectric phenomena.

Design

E' composto da un housing, un photodiode, un diffusore o optical filters. The photodiode (the sensor), has a small surface areas.

Usage

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PV cell Pyranometer

qui descrivo il piranometro a cella PV Questo sensore, nato intorno al 2000, in concomitanza con la diffusione degli impianti fotovoltaici, è una evoluzione del piranometro a fotodiodo. Esso nasce come risposta all'esigenza di avere una cella fotovoltaica di riferimento per le misure di potenze di celle e moduli fotovoltaici. Nei fatti ciascuna cella e ciascun modulo vengono testati attraverso simulatori solari (flash test) dai rispettivi produttori e i piranometri a termopila non hanno una adeguata velocità di risposta oltre a non possedere la stessa spectral response di un cella. Ciò creerebbe un mismatching nelle misure di potenza che necessiterebbe di essere quantificato. Al contrario dei due precedenti sensori viene chiamato anche con nomi diversi: Reference PV Cell, Irradiance Sensor, Solarimeter, Solar Sensor, verosimilmente per rispondere alle esigenze sopradescritte e poichè è nato successivamente alla pubblicazione della norma ISO9060 (1990).

PV Cell Pyranometer

La parte attiva del sensore è costituita da una piccola photovoltaic cellche viene fatta funzionare in condizioni prossime al corto circuito. In tale condizione la corrente generata è direttamente proporzionale alla radiazione solare che colpisce la cella, nel range 350 - 1150nm. Quando investita da una radiazione luminosa nel range indicato, essa produce corrente grazie all'effetto fotovoltaico La sua sensitivity non è 'flat' (see fig.2).

Design

E essenzialmente composto dalle seguenti parti:

• un contenitore solitamente metallico con staffa di fissaggio
• una celletta fotovoltaica
• l'elettronica di condizionamento del segnale

L'elettronica di condizionamento del segnale frequentemente possiede una uscita (current loop o RS-485) adatta a superare ambienti con disturbi elettromagnetici tipici degli impianti fotovoltaici di taglia medio-grande.

Usage

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Standardization

Pyranometers are standardized according to the ISO 9060 standard, that is also adopted by the World Meteorological Organization (WMO). This standard discriminates three classes. The best is (confusingly) called "secondary standard" (that is, it has been calibrated by direct comparison with the single Primary Standard instrument), the second best "first class" and the last one "second class."

Calibration is typically done relative to World Radiometric Reference (WRR). This reference is maintained by PMOD in Davos, Switzerland.

See also

• Heat flux sensor
• Net radiometer
• Pyrgeometer
• Pyrheliometer
• Radiometer
• Solar constant
• Sun path
• Actinometer

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