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全自動(dòng)太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

太陽(yáng)以光量子電磁波的形式向外傳遞能量，稱太陽(yáng)輻射（Solar Radiation/Irradiance），在此過(guò)程中所傳遞的能量，稱為太陽(yáng)輻射能。與太陽(yáng)能利用直接相關(guān)的幾個(gè)主要太陽(yáng)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(shí)長(zhǎng)（Sunshine Duration）等，隨著需求的加深和精細(xì)化，這些分量所對(duì)應(yīng)的分光譜輻射（Spectral Irradiance）也越來(lái)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(yáng)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(yáng)法向方向，單位面積接收到的太陽(yáng)輻射量。

（3）水平散射輻射（DHI）：太陽(yáng)光在穿過(guò)大氣層到達(dá)地面過(guò)程中遇到云、氣體分子、塵埃等產(chǎn)生散射，以漫射形式到達(dá)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(jì)算固定傾角光伏電站產(chǎn)能的重要指標(biāo)。

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

（6）光譜輻射（Spectral Irradiance）：

太陽(yáng)輻射由不同波長(zhǎng)的電磁波組成，其隨波長(zhǎng)的分布稱為太陽(yáng)輻射光譜。根據(jù)波長(zhǎng)范圍，可大致分為紫外（波長(zhǎng)小于400nm）、可見(jiàn)光（400-760nm）和紅外（大于760nm）波段。太陽(yáng)輻射能量主要集中在可見(jiàn)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(guò)程中，并不能將所有太陽(yáng)輻射能量直接吸收，而是選擇性的吸收特定波長(zhǎng)的太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)化為電能。為了改進(jìn)技術(shù)提升光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，需要研究光伏電池材料對(duì)不同波長(zhǎng)太陽(yáng)輻射的吸收和轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而需要定量觀測(cè)模擬光源或太陽(yáng)光譜輻射變化狀況。

如何為配備太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

選擇高品質(zhì)太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)儀的首要條件是，設(shè)備通過(guò)ISO9060等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可以溯源到世界輻射測(cè)量基準(zhǔn)值(ＷR(shí)R)，并可以全天候正常工作。滿足該條件的輻射監(jiān)測(cè)儀才可用于客觀分析太陽(yáng)能組件發(fā)電效率、預(yù)測(cè)電站發(fā)電量、電站運(yùn)維管理、電站績(jī)效評(píng)估、比較不同電站的優(yōu)異性等。

針對(duì)商用電站，一般要求太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)***包括GHI、DNI和DHI的觀測(cè)。并且，需要有一套備份觀測(cè)系統(tǒng)同時(shí)工作，兩套系統(tǒng)之間可以互相校驗(yàn)，一旦一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。圖3為典型太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)站。該輻射監(jiān)測(cè)站可以監(jiān)測(cè)GHI、DNI、DHI以及溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等與太陽(yáng)能發(fā)電效率相關(guān)的氣象要素。

（1）常規(guī)太陽(yáng)輻射測(cè)量（GHI和GTI測(cè)量）

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

（2）高精度太陽(yáng)輻射測(cè)量系統(tǒng)（GHI、DNI和DHI測(cè)量）

高精度太陽(yáng)輻射測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要為了實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量DNI、GHI和DHI。DNI是太陽(yáng)輻射***重要的參數(shù)之一，對(duì)聚光太陽(yáng)能電站和跟蹤式太陽(yáng)能電站尤為重要。DNI在某一地區(qū)的太陽(yáng)輻射能量中所占的比例是設(shè)計(jì)聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)和跟蹤式太陽(yáng)能系統(tǒng)時(shí)需要考慮的主要因素。例如，由于散射光入射方向隨機(jī)，聚光光伏組件或聚光太陽(yáng)能集熱裝置無(wú)法通過(guò)反射和折射等方法聚集起來(lái)，因此聚光型太陽(yáng)能裝置無(wú)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(yáng)的裝置會(huì)顯著提高光伏組件或集熱器接收太陽(yáng)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(shè)計(jì)理念，擁有世界上***快的響應(yīng)速度，用于***別的研究和觀測(cè)。

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

EKO新一代高精度直接輻射傳感器（MS-57，ISO一級(jí)），該輻射傳感器具有國(guó)際上***快的響應(yīng)速度，95%響應(yīng)時(shí)間小于0.2s，99%響應(yīng)時(shí)間小于0.5s。五年內(nèi)設(shè)備的不穩(wěn)定性小于0.5%，五年之內(nèi)，僅需要標(biāo)定一次。傳感器觀測(cè)誤差小于0.9%。該傳感器配合STR-21G/22G高精度太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)（追蹤精度0.01°），可以勝任CSP/CPV等聚光電站太陽(yáng)能資源評(píng)估、選址、運(yùn)維、科研等任務(wù)。

日本EKO-STR系列單/雙臂太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)可裝載各種類型的太陽(yáng)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(fù)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(cè)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(xué)研究等領(lǐng)域擁有廣泛的客戶群。為便于安裝和精確的太陽(yáng)追蹤，所有的STR太陽(yáng)追蹤器都有一個(gè)內(nèi)置的GPS接收器。自動(dòng)設(shè)置的位置坐標(biāo)和時(shí)間信息可用來(lái)計(jì)算和控制其精確的對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。標(biāo)準(zhǔn)的四象限太陽(yáng)傳感器可以補(bǔ)償任何幾何定位偏差，這也使得測(cè)量更為精確。