Измерение солнечного излучения

В предыдущем разделе указывалось, что практическое значение имеет солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, и именно эту часть потока электромагнитного излучения, идущего от Солнца, называют солнечным излучением. Рассмотрим коротко, как измеряют его основные параметры. Чтобы определить, какое количество тепла можно получить от Солнца при создании гелиоустановок, необходимо произвести точное измерение плотности потока солнечного излучения.

Для таких измерений обычно используют пиргелиометры, которые подразделяют на два вида: пиргелиометры прямого излучения и пиргелиометры полного излучения. Как видно из названия, пиргелиометры, измеряющие только прямую составляющую излучения, называют пиргелиометрами прямого излучения, пиргелиометры, которые измеряют как прямое, так и диффузное излучение, называют пиргелиометрами полного излучения.

Под прямой составляющей солнечного излучения подразумевают ту его часть, которая, не поглощаясь, не рассеиваясь и не отражаясь различными присутствующими в атмосфере микрочастицами, имеющимися в пыли, в туманах, облаках и т.п., достигает поверхности Земли в виде прямых параллельных лучей. Диффузная составляющая - эта та часть солнечного излучения, которая достигает Земли после рассеивания в атмосфере. Следовательно, угол прихода прямого излучения зависит от положения Солнца, а диффузное излучение поступает с разных сторон независимо от положения Солнца.

При оценке гелиосистем с плоским солнечным коллектором пользуются пиргелиометрами полного излучения, поскольку улавливаемое ими тепло зависит от полного излучения. При применении фокусирующих коллекторов используют пиргелиометры прямого излучения, так как эти коллекторы собирают только прямые лучи Солнца. Различают пиргелиометры полного излучения двух типов: биметаллические, например пиргелиометр Робича, и термоэлектрические, например пиргелиометр Этли.

Биметаллические пиргелиометры издавна применялись для метеорологических измерений, но из-за недостаточной точности и трудностей при внесении поправок в показания приборов этого типа с 70-х годов их стали заменять термоэлектрическими, содержащими несколько термопар.

Чувствительный элемент, воспринимающий солнечное излучение в термоэлектрическом пиргелиометре, состоит из двух колец черного и белого цвета; измерение осуществляется путем регистрации термоэлектродвижущей силы, возникающей вследствие разницы температур на поверхности черного и белого колец. В последнее время в качестве эталонных применяются пиргелиометры полного излучения, теплоприемная поверхность которых закрыта стеклянным колпаком, заполненным неоном. Эти приборы отличаются точностью и стабильностью при измерении поступающей радиации.

Если в пиргелиометре полного излучения установить экранирующее кольцо и диск, которые препятствуют попаданию на чувствительный элемент прямых солнечных лучей, то им можно измерить только диффузное излучение. Обычно таким образом используя пиргелиометр полного излучения, можно определить состав полного излучения - его прямую и диффузную составляющие.

Следует отметить, что при измерении солнечной радиации на метеорологических станциях пиргелиометры полного излучения следует устанавливать горизонтально. Если нужно определить эффективность улавливания и преобразования солнечного излучения в другие формы энергии различными гелиосистемами, то пиргелиометры необходимо устанавливать с наклоном под таким же углом к горизонту, под каким монтируются солнечные коллекторы. Хотя такой способ эксплуатации приборов, возможно, не является совсем правильным, но с практической точки зрения он вполне допустим. Пиргелиометры полного излучения рекомендуется поверять раз в полгода. Обычно эти приборы связаны с интегрированием по времени, поэтому в них применены счетчики-интеграторы. Среди новинок последнего времени - портативный пиргелиометр на основе солнечных батарей (интегрирующий пиргелиометр, соединенный с обычным пиргелиометром). В него вмонтирован чувствительный элемент с выходным напряжением 1,5 В и использована цифровая система регистрации, допускающая возможность измерения величины с точностью до четвертого знака.

Пиргелиометр полного излучения со стеклянным колпаком, заполненным неоном

Пиргелиометр полного излучения со стеклянным колпаком, заполненным неоном

1 - датчик (чувствительный элемент) поступающего излучения; 2 - ватерпас; 3 - стеклянный колпак;
4 - электрические выводы; 5 - подвижные опоры для установки (регулировки);
6 - неподвижные (фиксированные) опоры; 7 - поглотитель влаги

Портативный пиргелиометр (из журнала "Солар Эйдж", фирма "Хаэнни Инструментс")

Портативный пиргелиометр (из журнала "Солар Эйдж", фирма "Хаэнни Инструментс")

 
 

   

Copyright © 2011