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FS-R3型旋轉遮光式智能輻射測量系統
FS-R3旋轉遮光式智能輻射測量系統,包括光電總輻射表、數據采集器、旋轉控制電路、旋轉遮光裝置、氣壓傳感器(修正用)、濕度傳感器(修正用)。可以通過測量和計算得到以下輻射要素值,主要用于太陽能資源觀測:總輻射、直接輻射、散射輻射。是太陽能資源觀測中性價比較高的一款設備。
測量原理
太陽光到達地面首先必須經過地球大氣層。其到達大氣外層與陽光路線垂直的平面上的平均輻照度為1367W/m2(即太陽常數,So表示);1981年世界氣象組織(WMO)推薦了太陽常數的最佳值是So=1367±7W•m2。但即使在晴天,也只有部分的太陽光能直接到達地球,在地球表面太陽能強度減小到8001100W/m2,取決于當地的大氣的透明度和觀測位置的海拔高度。(在高海拔地區,會減少大氣對太陽能的散射和吸收作用)。
從太陽表面直接照射到與光路正交表面的陽光,稱作直接輻射簡寫為DNI。在大氣中散射后到達地面的陽光稱為散射輻射。散射輻射的標準測量在水平面上進行,這個測量值叫做水平散射輻射,或者簡化為“散射”簡寫為DHI。太陽的DHIDNI到達水平表面稱為水平總輻射,通常簡稱為總輻射,簡寫為GHIDNI入射角度稱為太陽天頂角,或者解釋為從地球上頭頂一點到太陽圓盤中心之間的測量角。在日出和日落時天頂角為90度,沒有直射輻射到達水平面(更復雜的是直射光折射進入大氣,折射角角度大于日出和日落的角度,這樣一來,當太陽看起來還在地平線之上,但事實上卻在地平線之下)。
總輻射、直接輻射和散射輻射之間的數量關系,可以用以下公式表示:
GHI=DHI+DNI cos(天頂角)
這個公式就是FS-R3旋轉遮光式智能輻射測量系統的運行原理。FS-R3通過直接測量GHI和DHI,并基于測量點的經緯度和觀測日期及時間計算對應太陽天頂角(無論是幾何角還是視天頂角)的余弦,然后利用已知量和上面的公式計算DNI。
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FS-R3工作基礎
FS-R3設置為每3秒測量GHI一次,以一分鐘為間隔求均值并貯存數據。基于數據采集器非常精確的內置時鐘,至少每半分鐘FS-R3的遮蔽帶就會旋轉遮光一次。在部分多云天,輻射變化很快時,旋轉會更加頻繁。數據采集器內專用的數據采樣和算法會解析旋轉遮光過程中詳細的輻射信號變化信息,如圖1所示,并計算出DNI和DHI。測量平均后,和GHI一起存儲在數采輸出表格中。標準FS-R3設置為每1分鐘輸出一組數據,包括總輻射、直接輻射、散射輻射以及相應的監控信息。
同時FS-R3還需實時測量大氣溫濕度和氣壓,用來補償輻射傳感器對工作溫度的依存度,以及用于估算輻射光的折射。
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