GHI, POA, GTI, Difüz ve Yansıtılan Işınım Ölçümü için Piranometre Kullanımı

ISO/TR 9901:2021 standardı, güneş enerjisi uygulamalarında piranometrelerin kullanımı için kapsamlı öneriler sunar. Doğru ışınım ölçümleri, güneş enerjisi sistemlerinin verimliliğini artırmak ve performans değerlendirmelerini doğru yapmak için çok önemlidir. Bu makale, ISO/TR 9901: 2021’den alıntılarla Global Yatay Işınım (GHI), Dizi Düzlemi Işınımı (POA) ve Yansıtılan Işınım (RI) ölçmek için piranometrelerin doğru kullanımı ve kurulumu üzerinde durmaktadır.

Global Yatay, Dizi Düzlemi ve Global Eğik Işınım Ölçümü için Piranometreler

ISO/TR 9901:2021 standardına göre:

Şekil 2 – (2) Global Yatay Işınım (GHI) yatay olarak monte edilmiş bir piranometre ile ölçülür.

Şekil 2 – (1) Dizi Düzlemi Işınımı (POA) ise eğimli bir düzlemdeki piranometre ile ölçülür.

Şekil 2 – (1) Global Eğik Işınım (GTI) yataya belirli bir açıyla gelen yani eğimli bir yüzeyin ışınımının Piranometre ile ölçümüdür.

Tüm durumlarda sensör yüzeyi, ilgili düzlemle paralel olmalıdır. Eğik bir piranometre, yerden yansıtılan ışınımı da algılar. ISO 9060’a uygun spektral olarak düz bir piranometre kullanıldığında, her iki ölçüm için de aynı kalibrasyon kullanılabilir. Spektral olarak düz olmayan cihazlar kullanıldığında ise, örneğin bulutlu hava koşullarında, POA veya GHI ölçümü için spektral düzeltmeler gerekebilir.

Birçok güneş enerjisi santralinde hem GHI hem de POA ölçümü yapmak için piranometreler bulunur. IEC 61724-1 standardına göre, A sınıfı sistemlerde bu gereklidir. GHI genellikle santral performansını modellemek için başlangıç noktası olarak kullanılır. GHI ayrıca diğer sahalar veya meteorolojik veritabanları ile karşılaştırma yapmak için referans olarak kullanılır ve yerden yansıyan ışınım katkısı içermez.

GTI, eğimli herhangi bir yüzeye gelen ışınımı ifade ederken, POA özellikle bir PV panelinin yüzeyine gelen ışınımı tanımlamaktadır. POA (Plane of Array Irradiance) ise GTI ile neredeyse aynı kavramdır, ancak POA fotovoltaik (PV) paneller için özel olarak kullanılır. POA, GTI’den farklı olarak, genellikle bir PV modülünün veya güneş kolektörünün yüzeyinde ölçülen ışınımı ifade eder.

Difüz Işınım Ölçen Piranometreler

ISO/TR 9901:2021 standardına göre:

Difüz ışınım ölçmek için, doğrudan güneş ışınımı sensöre ulaşmadan engellenir. Bu işlem, bir gölgeleme cihazı kullanılarak yapılır. Piranometre genellikle yatay olarak monte edilir ve güneş ışınımı bir metal disk veya bilye ile engellenir. Bu cihazlar manuel veya otomatik güneş takip sistemlerine monte edilebilir. Ayrıca döner gölgeleme bantları da kullanılır.

ISO 9060:2018’e göre, gölgeleme cihazı ile birlikte kullanılan bir piranometreye difüzometre denir. Eğer piranometre cam kubbeye sahipse, gölgeleme cihazı genellikle cam kubbenin tamamını kaplayacak şekilde tasarlanır.

Spektral olarak düz bir piranometre kullanıldığında, global yatay ışınım ölçümleriyle aynı kalibrasyon kullanılır. Spektral olarak düz olmayan cihazlar için ürüne özel belirsizlik değerlendirmesi yapılabilir ve difüz spektruma özgü kalibrasyon düşünülebilir.

Yansıtılan Işınım Ölçen Piranometreler

ISO/TR 9901:2021 standardına göre:

Yansıtılan ışınım, ters çevrilmiş bir piranometre ile ölçülür. Açık arazide yansıtılan yatay ışınım (RHI) doğrudan GHI ile bağlantılıdır ve bu ilişki albedo (zemin yansıtıcılığı) ile ifade edilir.

Yansıtılan ışınım katkısını ölçmenin iki yaklaşımı vardır:

• Bazı güneş enerjisi çalışmaları, ters çevrilmiş piranometreleri dizi düzlemine monte ederek arka taraf dizi düzlemi ışınımı (POAREAR) ölçer.
• Diğerleri, açık alanda veya diziler arasındaki RHI (yansıyan yatay ışınım) ölçümlerini kullanarak matematiksel modelleme ile POAREAR değerini türetir.

Yansıtılan ışınım ölçümlerindeki belirsizlik genellikle zemin yüzeyinin mekansal değişkenliğinden ve gölgeleme desenlerinden kaynaklanır. Kullanıcılar, albedo oranı ölçmek için alan çalışmaları yapabilirler. Zemin yüzeyinin özellikleri, mevsimsel değişiklikler, bitki örtüsü durumu veya kar gibi faktörlerle değişebilir.

Yüksek doğruluk isteyen kullanıcılar genellikle spektral olarak düz piranometreler kullanır. Spektral olarak düz bir piranometre kullanıldığında, yatay ölçümlerle aynı kalibrasyon kullanılabilir.

Eğimli bir yüzeyde yapılan RI ölçümleri, genellikle mümkün olduğunca temsil edici bir eğim üzerinde gerçekleştirilir. Ancak, GHI ölçümü aynı eğime sahip olmadığında, GHI’nin yansıtılan ışınımı da içermesi nedeniyle GHI ölçümlerinde bir artış ve albedo hesaplamasında bir azalma olabilir. Çiy, don ve kirlenme gibi etkenler, aşağıya bakan cihazlar için genellikle daha az sorun teşkil eder.