Étude comparative des pyranomètres et des capteurs d’irradiance solaire à cellule de référence

Le capteur d’irradiance solaire à cellule de référence est la meilleure solution pour la surveillance des centrales solaires photovoltaïques car il s’agit d’une miniature de panneaux photovoltaïques.

Les deux outils les plus populaires utilisés par l’industrie photovoltaïque (PV) pour mesurer l’irradiance sont les pyranomètres à thermopile et les capteurs d’irradiance solaire à cellule de référence calibrée. Actuellement, la communauté PV ne sait pas vraiment quel dispositif est le mieux adapté aux applications PV.

PYRANOMÈTRES

Les pyranomètres à thermopile (que nous appelons simplement “pyranomètres” dans cet article) sont des dispositifs dont les jonctions de métaux dissemblables sont en contact avec une surface peinte en noir qui absorbe le rayonnement solaire (la jonction “chaude”) et une surface séparée qui n’absorbe pas le rayonnement solaire (la jonction “froide”). Ils mesurent indirectement l’irradiance / le rayonnement en mesurant la différence de température entre ces deux surfaces.

Les pyranomètres ont une réponse spectrale essentiellement plate de ~400 à ~2700 nm. En raison de cette réponse spectrale plate sur une large gamme de longueurs d’onde incidentes, les Pyranomètres sont bien adaptés pour mesurer le rayonnement incident total de courte longueur d’onde, indépendamment de la composition spectrale de ce rayonnement. Les incertitudes des pyranomètres sont généralement indiquées par rapport à la mesure du rayonnement solaire incident total.

CAPTEURS D’IRRADIANCE SOLAIRE À CELLULE DE RÉFÉRENCE

Le capteur d’irradiance solaire à cellule de référence est une miniature d’un panneau photovoltaïque. Il convertit les photons incidents en électrons grâce à l’effet photovoltaïque, puis ces électrons génèrent un courant électrique mesurable, tout comme les panneaux PV. L’efficacité de cette conversion des photons en électrons est une fonction dépendant de la longueur d’onde qui est spécifique aux différentes technologies de dispositifs PV et, dans une certaine mesure, aux dispositifs PV individuels.

Le courant de la cellule de référence est mesuré en mesurant la tension aux bornes d’une petite résistance incluse dans le module de la cellule de référence. Cette tension est calibrée sous le spectre de référence [ASTM G173, ou spectre IEC 60904-3] à 1000W/m2, 25 °C en utilisant les techniques standard [IEC 60904-1].

QUAND EST-CE QUE LE CAPTEUR D’IRRADIANCE SOLAIRE À CELLULE DE RÉFÉRENCE EST PLUS AVANTAGEUX ?

Les capteurs d’irradiance solaire à cellule de référence offrent une solution économique mais robuste et fiable pour mesurer les niveaux d’irradiance solaire, notamment pour la surveillance des systèmes photovoltaïques.
La conception de ces capteurs d’irradiance solaire, qui correspond à celle d’un module photovoltaïque, fait de ces capteurs une référence idéale pour la surveillance des systèmes photovoltaïques.
La sensibilité spectrale, qui correspond à celle des modules photovoltaïques, et le modificateur d’angle d’incidence très similaire, permettent une analyse précise des rendements photovoltaïques à partir des valeurs mesurées par le capteur.
Il permet une mesure précise du rendement photovoltaïque afin de détecter une dégradation ou un écart par rapport au rendement attendu.
Même dans le cas où l’objectif de l’utilisateur est de mesurer l’irradiance à large bande, un capteur d’irradiance solaire à cellule de référence peut présenter des incertitudes de mesure identiques ou supérieures (dans d’autres conditions) à celles des pyranomètres à thermopile.

TABLEAU DE COMPARAISON ENTRE LES CARACTÉRISTIQUES DU PYRANOMÈTRE ET DU CAPTEUR D’IRRADIANCE SOLAIRE À CELLULE DE RÉFÉRENCE

	Capteur d’irradiance solaire à cellule de référence	Pyranomètre à thermopile
Réponse Spectrale	Le capteur d’irradiance solaire à cellule de référence mesure uniquement la partie spectrale que la cellule solaire peut convertir en électricité.	Le pyranomètre mesure toute la gamme spectrale du soleil.
Le coût	Solution économique mais robuste et fiable pour mesurer les niveaux d’irradiation solaire	Solution coûteuse pour le système de surveillance PV.
Normes Internationales d’Etalonnage	-Toutes les normes IEC 904 -Il existe une norme spéciale (CEI 61724-1) pour le contrôle et la surveillance du système PV.	La norme ISO 9060.
Contrôle du système PV	Le capteur d’irradiance solaire à cellule de référence est un bon choix pour contrôler le système PV car, il a pratiquement le même comportement physique que les modules PV.	Un comportement physique totalement différent du système PV, qui peut être problématique pour la mesure et le contrôle de la performance des systèmes PV.
Temps de Réponse	Millisecondes, il correspond à la réponse du PV.	Lentement, ça prend jusqu’à 30 secondes.
Réponse à la Température	Similaire au système PV, la réponse linéaire de la température permet des corrections.	Conçu pour minimiser la sensibilité à la température. Non corrigé pour l’effet de la température.
Angle d’incidence	La réflexion du soleil sur le verre plat de la cellule de référence du capteur d’irradiance solaire est beaucoup plus élevée.	La réflexion du soleil sur le dôme en verre du pyranomètre est inférieure à la réflexion sur le capteur d’irradiance solaire à cellule de référence.
Application	Pour la caractérisation de la performance PV, le capteur d’irradiance solaire de la cellule de référence permet de mieux détecter les changements dans le système PV.	Pour mesurer l’irradiance horizontale globale, il est recommandé d’utiliser le pyranomètre.
Connectivité	Le capteur d’irradiance solaire à cellule de référence possède 4 entrées assurant la connectivité du capteur de température du module, du capteur de température ambiante, du capteur de vitesse du vent et du capteur de direction du vent ou du capteur d’humidité relative avec une seule sortie Modbus RTU connectée directement au Datalogger	Le pyranomètre ne peut être connecté qu’au Datalogger sans combiner les autres capteurs de données.

CONCLUSION

Les capteurs d’irradiance solaire à cellule de référence sont particulièrement utiles pour la caractérisation précise de la performance du PV, permettant une meilleure détection des changements dans la performance du système PV avec une évaluation plus rapide de l’efficacité de fonctionnement du PV. Même dans le cas où l’objectif de l’utilisateur est de mesurer l’irradiance à large bande, un capteur d’irradiance solaire à cellule de référence peut présenter des incertitudes de mesure identiques ou meilleures que celles des pyranomètres à thermopile.

Lorsque l’on utilise les pyranomètres à thermopile pour mesurer l’énergie incidente utilisable pour une centrale PV, une incertitude est introduite lorsque le spectre change, car le pyranomètre et la centrale PV réagissent différemment à des spectres différents. Les pyranomètres peuvent néanmoins être utiles pour comparer l’irradiation à large bande observée à l’irradiation à large bande historique.

Selon la comparaison que nous avons faite entre le capteur d’irradiance solaire à cellules de référence et les pyranomètres à thermopile, nous concluons que le capteur d’irradiance solaire à cellules de référence fournit des mesures d’irradiance de qualité supérieure pour les applications de surveillance des centrales PV.