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FS-R3型旋转遮光式智能辐射测量系统
FS-R3旋转遮光式智能辐射测量系统,包括光电总辐射表、数据采集器、旋转控制电路、旋转遮光装置、气压传感器(修正用)、湿度传感器(修正用)。可以通过测量和计算得到以下辐射要素值,主要用于太阳能资源观测:总辐射、直接辐射、散射辐射。是太阳能资源观测中性价比较高的一款设备。
测量原理
太阳光到达地面首先必须经过地球大气层。其到达大气外层与阳光路线垂直的平面上的平均辐照度为1367W/m2(即太阳常数,So表示);1981年世界气象组织(WMO)推荐了太阳常数的最佳值是So=1367±7W•m2。但即使在晴天,也只有部分的太阳光能直接到达地球,在地球表面太阳能强度减小到8001100W/m2,取决于当地的大气的透明度和观测位置的海拔高度。(在高海拔地区,会减少大气对太阳能的散射和吸收作用)。
从太阳表面直接照射到与光路正交表面的阳光,称作直接辐射简写为DNI。在大气中散射后到达地面的阳光称为散射辐射。散射辐射的标准测量在水平面上进行,这个测量值叫做水平散射辐射,或者简化为“散射”简写为DHI。太阳的DHIDNI到达水平表面称为水平总辐射,通常简称为总辐射,简写为GHIDNI入射角度称为太阳天顶角,或者解释为从地球上头顶一点到太阳圆盘中心之间的测量角。在日出和日落时天顶角为90度,没有直射辐射到达水平面(更复杂的是直射光折射进入大气,折射角角度大于日出和日落的角度,这样一来,当太阳看起来还在地平线之上,但事实上却在地平线之下)。
总辐射、直接辐射和散射辐射之间的数量关系,可以用以下公式表示:
GHI=DHI+DNI cos(天顶角)
这个公式就是FS-R3旋转遮光式智能辐射测量系统的运行原理。FS-R3通过直接测量GHI和DHI,并基于测量点的经纬度和观测日期及时间计算对应太阳天顶角(无论是几何角还是视天顶角)的余弦,然后利用已知量和上面的公式计算DNI。
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FS-R3工作基础
FS-R3设置为每3秒测量GHI一次,以一分钟为间隔求均值并贮存数据。基于数据采集器非常精确的内置时钟,至少每半分钟FS-R3的遮蔽带就会旋转遮光一次。在部分多云天,辐射变化很快时,旋转会更加频繁。数据采集器内专用的数据采样和算法会解析旋转遮光过程中详细的辐射信号变化信息,如图1所示,并计算出DNI和DHI。测量平均后,和GHI一起存储在数采输出表格中。标准FS-R3设置为每1分钟输出一组数据,包括总辐射、直接辐射、散射辐射以及相应的监控信息。
同时FS-R3还需实时测量大气温湿度和气压,用来补偿辐射传感器对工作温度的依存度,以及用于估算辐射光的折射。
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