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全自動太陽輻射監(jiān)測系統(tǒng)

太陽以光量子電磁波的形式向外傳遞能量，稱太陽輻射（Solar Radiation/Irradiance），在此過程中所傳遞的能量，稱為太陽輻射能。與太陽能利用直接相關的幾個主要太陽輻射分量為：直接輻射（DNI，Direct Normal Irradiance）、總輻射（GHI，Global Horizontal Irradiance）、散射輻射（DHI，Diffuse Horizontal Irradiance）、傾角輻射（GTI，Global Tilted Irradiance）和日照時長（Sunshine Duration）等，隨著需求的加深和精細化，這些分量所對應的分光譜輻射（Spectral Irradiance）也越來越得到重視。

（1）水平總輻射（GHI）：定義為地面水平面上接收到的太陽總輻射，包括了直接輻射（DNI）和散射輻射（DHI）。

（2）直接輻射（DNI）：沿著太陽法向方向，單位面積接收到的太陽輻射量。

（3）水平散射輻射（DHI）：太陽光在穿過大氣層到達地面過程中遇到云、氣體分子、塵埃等產(chǎn)生散射，以漫射形式到達地球表面的輻射能。

（4）傾角輻射（GTI）：是指特定傾斜面上接收到的直接輻射(DNI)和散射輻射(DHI)之和，是計算固定傾角光伏電站產(chǎn)能的重要指標。

（5）日照時數(shù)（Sunshine Duration）：一天內(nèi)太陽直射光線照射地面的時間。定義為太陽直接輻照度達到或超過120W/m2的各段時間的總和，以小時為單位，取一位小數(shù)。日照時數(shù)是反映一個地區(qū)太陽能資源狀況的重要指標。

（6）光譜輻射（Spectral Irradiance）：

太陽輻射由不同波長的電磁波組成，其隨波長的分布稱為太陽輻射光譜。根據(jù)波長范圍，可大致分為紫外（波長小于400nm）、可見光（400-760nm）和紅外（大于760nm）波段。太陽輻射能量主要集中在可見光區(qū)范圍（50%）和紅外區(qū)域（43%），紫外區(qū)能力***少，占7%。光伏電池在工作過程中，并不能將所有太陽輻射能量直接吸收，而是選擇性的吸收特定波長的太陽輻射并轉(zhuǎn)化為電能。為了改進技術提升光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，需要研究光伏電池材料對不同波長太陽輻射的吸收和轉(zhuǎn)化效率，進而需要定量觀測模擬光源或太陽光譜輻射變化狀況。

如何為配備太陽輻射監(jiān)測系統(tǒng)

選擇高品質(zhì)太陽輻射監(jiān)測儀的首要條件是，設備通過ISO9060等級標準，可以溯源到世界輻射測量基準值(ＷRR)，并可以全天候正常工作。滿足該條件的輻射監(jiān)測儀才可用于客觀分析太陽能組件發(fā)電效率、預測電站發(fā)電量、電站運維管理、電站績效評估、比較不同電站的優(yōu)異性等。

針對商用電站，一般要求太陽輻射監(jiān)測系統(tǒng)***包括GHI、DNI和DHI的觀測。并且，需要有一套備份觀測系統(tǒng)同時工作，兩套系統(tǒng)之間可以互相校驗，一旦一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以被及時發(fā)現(xiàn)。圖3為典型太陽輻射監(jiān)測站。該輻射監(jiān)測站可以監(jiān)測GHI、DNI、DHI以及溫度、濕度、風向、風速等與太陽能發(fā)電效率相關的氣象要素。

（1）常規(guī)太陽輻射測量（GHI和GTI測量）

大多數(shù)的太陽能電站均會監(jiān)測GHI，對于固定傾角光伏電站則需要增加觀測與光伏面板平行面上的GTI。根據(jù)對精度的要求可以選用ISO次基準輻射表、ISO一級輻射表或者ISO二級輻射表，三者的測量精度分別為~1%，~3%，~5%。GHI的測量采用水平放置的總輻射測量水平面上180°視場角范圍內(nèi)的太陽輻射總量。GTI測量則將總輻射表擺放在與光伏面板平行的傾斜面上，觀測該傾斜面上的太陽總輻射量。

（2）高精度太陽輻射測量系統(tǒng)（GHI、DNI和DHI測量）

高精度太陽輻射測量系統(tǒng)設計主要為了實現(xiàn)精確測量DNI、GHI和DHI。DNI是太陽輻射***重要的參數(shù)之一，對聚光太陽能電站和跟蹤式太陽能電站尤為重要。DNI在某一地區(qū)的太陽輻射能量中所占的比例是設計聚光太陽能系統(tǒng)和跟蹤式太陽能系統(tǒng)時需要考慮的主要因素。例如，由于散射光入射方向隨機，聚光光伏組件或聚光太陽能集熱裝置無法通過反射和折射等方法聚集起來，因此聚光型太陽能裝置無法利用散射光，只有在DNI比例較大的地區(qū)利用效率才比較高。同理，在DNI比例較大的地區(qū)采用追蹤太陽的裝置會顯著提高光伏組件或集熱器接收太陽輻射能量的效率。

MS-80（Secondary Class）:新一代的輻射傳感器，采用全新的設計理念，擁有世界上***快的響應速度，用于***別的研究和觀測。

MS-802（Secondary Class）:擁有質(zhì)量的玻璃罩以及創(chuàng)新的技術設計，并具備溫度補償功能，具有極高的相應速度和精度，能滿足***別應用到要求。

EKO新一代高精度直接輻射傳感器（MS-57，ISO一級），該輻射傳感器具有國際上***快的響應速度，95%響應時間小于0.2s，99%響應時間小于0.5s。五年內(nèi)設備的不穩(wěn)定性小于0.5%，五年之內(nèi)，僅需要標定一次。傳感器觀測誤差小于0.9%。該傳感器配合STR-21G/22G高精度太陽追蹤系統(tǒng)（追蹤精度0.01°），可以勝任CSP/CPV等聚光電站太陽能資源評估、選址、運維、科研等任務。

日本EKO-STR系列單/雙臂太陽追蹤系統(tǒng)可裝載各種類型的太陽輻射表，具有世界上***優(yōu)秀的追蹤精度。重型STR-32G能承受4倍于STR-21G/22G的負載，約60kg。結(jié)合直接輻射表（DNI傳感器），遮擋組件以及總輻射表可以測量直接和散射輻射分量。該系統(tǒng)在氣象、環(huán)境、新能源和科學研究等領域擁有廣泛的客戶群。為便于安裝和精確的太陽追蹤，所有的STR太陽追蹤器都有一個內(nèi)置的GPS接收器。自動設置的位置坐標和時間信息可用來計算和控制其精確的對準太陽。標準的四象限太陽傳感器可以補償任何幾何定位偏差，這也使得測量更為精確。