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Un approfondimento sull'incertezza di misura nei Piranometri

Dal Blog Kipp & Zonen

Di Michael van Alebeek

 

Riceviamo spesso domande relative all'incertezza di misura nei nostri piranometri. In qualità di Sales & Service Engineer in Kipp & Zonen, mi sono trovato a rispondere più volte alla stesse domande provenienti da quasi tutto il mondo ed in particolar modo da clienti operanti nel settore dell'energia rinnovabile. Ho perciò deviso di riassumerne i concetti cardine in un piccolo approfondimento.

 

Incertezza di calibrazione

 

Durante ogni processo di calibrazione viene trasferita la sensibilità di un piranometro di riferimento (tracciabile allo standard mondiale di Davos, in Svizzera) allo strumento necessitante la calibrazione stessa. Il processo di calibrazione del piranometro di riferimento e le condizioni nelle quali il trasferimento della calibrazione viene effettuato, sommati alle specifiche degli strumenti, determinano la reale precisione della sensibilità che risulta da tale trasferimento: viene definita come incertezza di calibrazione.

Ogni piranometro Kipp &  Zonen viene fornito con un certificato di calibrazione individuale che evidenzia la tracciabilità del piranometro di riferimento e l'incertezza di calibrazione. È possible vederne un esempio in un Certificato alla voce "Justification of total instrument calibration uncertainty". 

 

Incertezza di misura

 

Durante la sua vita operativa, tutte le misure di un piranometro includono l'incertezza di calibrazione, ma le sue performance sono correlate ad un numero di parametri quali la temperatura, il livello di irradianza, l'angolo di incidenza, etc. La sensibilità fornita, o una scala definita di output, vengono utilizzate per il calcolo dell'irradianza. Tuttavia, nel caso in cui le condizioni operative varino in maniera significativa delle condizioni di calibrazione è opportuno e normale attendersi valori di incertezza aggiuntivi alle misure calcolate. L'incertezza di misura viene solitamente descritta come la massima incertezza attesa nel valore totale giornaliero di irradianza paragonato alla "verità assoluta". Il livello di confidenza delle incertezze dei piranometri Kipp & Zonen è di 95%, ovvero il 95% dei dati rilevati ricade nell'intervallo di incertezza dichiarato.

Ciò però non significa che durante l'arco della giornata si possa presumere lo stesso valore di incertezza, poichè le condizioni cambiano continuamente. Al sorgere ed al calar del sole la risposta direzionale dello strumento causa gli errori maggiori (in quei momenti specifici), mentre lo stesso effetto causa un errore quasi irrilevante a mezzogiorno. Quando lo strumento non viene usato ad angoli zenith del sole elevati, l'incertezza giornaliera risulta molto ridotta. A mezzogiorno e con temperature vicine a quelle alle quali è stata effettuata la calibrazione l'errore aggiuntivo di misura risulta solitamente ridotto. Di conseguenza, l'incertezza di misura oraria può essere diversa da quella giornaliera.

 

Incertezza giornaliera e oraria

 

Kipp & Zonen determina l'incertezza giornaliera per un range di condizioni basandosi sulle caratteristiche misurate di un piranometro e i molti anni di esperienza di misurazione sul campo; i valori di incertezza individuaoli possono essere determinati per gli effetti dei parametri dell'ambiente di misura e possono essere combinati utilizzando il metodo del RSS (Root Sum Square - Radice della Somma dei Quadrati). L'incertezza totale giornaliera dello strumento viene quindi calcolata come radice quadrata della somma dei quadrati dell'incertezza di misura e dell'incertezza di calibrazione (Incertezza Giornaliera=√(incertezza di misura² + incertezza di calibrazione²).

Per un piranometro classificato ISO 9060 Secondary Standard (quello di più alta qualità) ci si può aspettare (per la maggior parte dei climi non estremi) un incertezza oraria totale di circa 3%, che scende a 2% sul totale giornaliero. 

Per i suoi Piranometri CMP22 e SMP22 tuttavia, Kipp & Zonen si aspetta valori di incertezza oraria massimi pari al 2% e pari a 1% nell'arco dell'intera giornata.

 

Ridurre l'incertezza

 

I valori di incertezza giornaliera ed oraria presuppongono che il piranometro in questione sia correttamente calibrato, installato e sottoposto a corretta manutenzione e che il data logger al quale è collegato non ne degradi le performance. Ancor più rilevante, la cupola deve essere pulita ed asciutta! Sporcizia e gocce d'acqua avranno un effetto molto maggiore di tutte le altre variabili.

Molti anni di esperienza hanno dimostrato che le performance dei piranometri possono essere migliorate per quanto riguarda gli zero offsets ti dipo A e B, sfruttando un sistema di ventilazione progettato in maniera corretta. L'Unità di Ventilazione Kipp & Zonen CVF4 è fortemente consigliata e può ridurre tale genere di errori a metà. Allo stesso tempo permetterà di mantenere pulita ed asciuta (soprattutto se riscaldata) la cupola, massimizzando la durate nel tempo delle qualità dei dati.

Ogni modello di piranometro CMP21 e CMP22 viene fornito con profili di risposta alla temperatura ed alla direzione, che permettono di correggere i dati misurati dall'influenza della temperatura e dall'angolo del sole, risultando quindi in incertezze minori. I modelli Smart SMP21 e SMP22 sono invece dotati di correzione digitale interna ottimizzata per l'influenza della temperatura.

Un ulteriore modo di ridurre le incertezze giornaliere è quello di escludere i dati da misure prese nel momento in cui il sole sia molto basso, come ad esempio nei casi in cui si trovi a meno di 5° dall'orizzonte.

 

E per concludere: Ricordate che, più bassa l'incertezza, più affidabili saranno i dati rilevati!

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